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用Java构建数学游戏
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Stack Overflow用户
提问于 2014-11-27 06:58:36
回答 3查看 3.1K关注 0票数 12

我正在为java构建一个数学游戏,根据我的作业细节,我被困在了这一部分。规则很简单:每个数字只需使用一次,并且只需从用户读取的4个数字中找到一个等式即可获得24个。

例如,对于数字4,7,8,8,一个可能的解决方案是:(7-(8/8))*4=24。

大多数4位数的集合可以用在多个方程式中,结果是24。例如,输入2,2,4,7可以以多种方式使用,以获得24:

2+2*(4+7) = 24

2+2*(7+4) = 24

(2+2)*7-4 = 24

(2*2)*7-4 = 24

2*(2*7)-4 = 24

也有4个数字的组合不能得到与24相等的任何方程。例如,1,1,1,1。在这种情况下,你的程序应该返回没有等于24的可能的等式。

注意:虽然我们将输入1到9之间的4个整数,但我们将使用doubles来计算所有的运算。例如,数字3、3、8、8可以组合成公式: 8/(3-8/3) = 24。

工作流程:你的程序应该从用户那里读取4个数字,并输出一个结果为24的公式。该算法应该枚举4个数字的所有可能的阶、所有可能的组合和所有可能的公式。

这就引出了24个数字a,b,c,d的排列和64个运算符+-/*的排列。我是如何得出这个结论的,是4^3 4运算符,方程式中只有3个填充点。除了今天,我在写评估方法和在方程式中考虑父母时遇到了麻烦。

下面是我的代码:

代码语言:javascript
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public static void evaluate(cbar [][] operations , double [][] operands)
{
    /*
    This is the part that gets me how am I supposed to account
    for parentases and bring all these expressions togather to
    actually form and equation.
    */
}
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回答 3

Stack Overflow用户

发布于 2014-11-27 16:29:35

这个问题提出了几个挑战。我下面的解决方案大约有两百行。它可能比赋值所需的要长一点,因为我将它概括为任意数量的项。我鼓励您研究算法并编写您自己的解决方案。

我们必须克服的主要障碍如下。

我们如何在没有repetition?

  • How的情况下生成置换?我们是否构建和计算算术expressions?

  • How?
  • 是否将表达式转换为唯一字符串?

有许多方法可以生成排列。我选择了递归方法,因为它很容易理解。主要的复杂性是术语可以重复,这意味着可能比4! = 4*3*2*1排列更少。例如,如果项是1 1 1 2,则只有四个排列。

为了避免重复排列,我们首先对术语进行排序。递归函数从左到右查找所有重复项的位置,而不会回溯。例如,将第一个1放入数组后,所有剩余的1术语都放在它的右侧。但是当我们谈到2项时,我们可以回到数组的开头。

为了构建算术表达式,我们使用另一个递归函数。此函数查看排列的两个项之间的每个位置,将数组拆分为位置左侧的片段和右侧的片段。它进行一对递归调用,为左侧和右侧段构建表达式。最后,它将结果子表达式与四个算术运算符中的每个算术运算符连接起来。基本情况是数组的大小为1,因此不能拆分。这将导致节点没有运算符和子节点,只有一个值。

由于浮点除法的不精确性,通过对double值执行算术来计算表达式将是有问题的。例如,1.0 / 3 = 0.33333...,但3 * 0.33333... = 0.99999...。这使得在使用double值时很难确定1 / 3 * 3 = 1。为了避免这些困难,我定义了一个Fraction类。它对分数执行算术运算,并总是通过最大公约数简化结果。除以零不会导致错误消息。相反,我们存储分数0/0。

最后一块拼图是将表达式转换为字符串。我们希望生成规范化或规范化的字符串,这样我们就不会不必要地重复自己。例如,我们不想显示1 + (1 + (1 + 2))((1 + 1) + 1) + 2,因为它们本质上是同一个表达式。我们只想显示1 + 1 + 1 + 2,而不是显示所有可能的括号。

我们可以通过仅在必要时添加括号来实现这一点。也就是说,如果具有较高优先级运算符(乘法或除法)的节点是具有较低优先级运算符(加法或减法)的节点的父节点,则必须使用括号。我所说的优先级是指运算符优先级,也称为操作顺序。优先级高的运算符比优先级低的运算符绑定得更紧密。因此,如果父节点的优先级高于子节点的运算符,则有必要将子节点括起来。为了确保我们最终得到唯一的字符串,我们在将它们添加到结果列表之前,根据哈希集对它们进行检查。

下面的程序Equation.java接受用户在命令行上的输入。游戏的参数位于Equation类的第一行。您可以对它们进行修改,以构建具有更多术语、更大术语和不同目标值的表达式。

代码语言:javascript
运行
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import java.lang.*;
import java.util.*;
import java.io.*;

class Fraction {                  // Avoids floating-point trouble.
  int num, denom;
  static int gcd(int a, int b) {  // Greatest common divisor.
    while (b != 0) {
      int t = b;
      b = a % b;
      a = t;
    }
    return a;
  }
  Fraction(int num, int denom) {  // Makes a simplified fraction.
    if (denom == 0) {             // Division by zero results in
      this.num = this.denom = 0;  //  the fraction 0/0. We do not
    } else {                      //  throw an error.
      int x = Fraction.gcd(num, denom);
      this.num = num / x;
      this.denom = denom / x;     
    }
  }
  Fraction plus(Fraction other) {
    return new Fraction(this.num * other.denom + other.num * this.denom,
        this.denom * other.denom);
  }
  Fraction minus(Fraction other) {
    return this.plus(new Fraction(-other.num, other.denom));
  }
  Fraction times(Fraction other) {
    return new Fraction(this.num * other.num, this.denom * other.denom);
  }
  Fraction divide(Fraction other) {
    return new Fraction(this.num * other.denom, this.denom * other.num);
  }
  public String toString() {      // Omits the denominator if possible.
    if (denom == 1) {
      return ""+num;
    }
    return num+"/"+denom;
  }
}

class Expression {                // A tree node containing a value and
  Fraction value;                 //  optionally an operator and its
  String operator;                //  operands.
  Expression left, right;
  static int level(String operator) {
    if (operator.compareTo("+") == 0 || operator.compareTo("-") == 0) {
      return 0;                   // Returns the priority of evaluation,
    }                             //  also known as operator precedence
    return 1;                     //  or the order of operations.
  }
  Expression(int x) {             // Simplest case: a whole number.
    value = new Fraction(x, 1);
  }
  Expression(Expression left, String operator, Expression right) {
    if (operator == "+") {
      value = left.value.plus(right.value);
    } else if (operator == "-") {
      value = left.value.minus(right.value);
    } else if (operator == "*") {
      value = left.value.times(right.value);
    } else if (operator == "/") {
      value = left.value.divide(right.value);
    }
    this.operator = operator;
    this.left = left;
    this.right = right;
  }
  public String toString() {      // Returns a normalized expression,
    if (operator == null) {       //  inserting parentheses only where
      return value.toString();    //  necessary to avoid ambiguity.
    }
    int level = Expression.level(operator);
    String a = left.toString(), aOp = left.operator,
           b = right.toString(), bOp = right.operator;
    if (aOp != null && Expression.level(aOp) < level) {
      a = "("+a+")";              // Parenthesize the child only if its
    }                             //  priority is lower than the parent's.
    if (bOp != null && Expression.level(bOp) < level) {
      b = "("+b+")";
    }
    return a + " " + operator + " " + b;
  }
}

public class Equation {

  // These are the parameters of the game.
  static int need = 4, min = 1, max = 9, target = 24;

  int[] terms, permutation;
  boolean[] used;
  ArrayList<String> wins = new ArrayList<String>();
  Set<String> winSet = new HashSet<String>();
  String[] operators = {"+", "-", "*", "/"};

  // Recursively break up the terms into left and right
  //  portions, joining them with one of the four operators.
  ArrayList<Expression> make(int left, int right) {
    ArrayList<Expression> result = new ArrayList<Expression>();
    if (left+1 == right) {
      result.add(new Expression(permutation[left]));
    } else {
      for (int i = left+1; i < right; ++i) {
        ArrayList<Expression> leftSide = make(left, i);
        ArrayList<Expression> rightSide = make(i, right);
        for (int j = 0; j < leftSide.size(); ++j) {
          for (int k = 0; k < rightSide.size(); ++k) {
            for (int p = 0; p < operators.length; ++p) {
              result.add(new Expression(leftSide.get(j),
                    operators[p],
                    rightSide.get(k)));
            }
          }
        }
      }
    }
    return result;
  }

  // Given a permutation of terms, form all possible arithmetic
  //  expressions. Inspect the results and save those that
  //  have the target value.
  void formulate() {
    ArrayList<Expression> expressions = make(0, terms.length);
    for (int i = 0; i < expressions.size(); ++i) {
      Expression expression = expressions.get(i);
      Fraction value = expression.value;
      if (value.num == target && value.denom == 1) {
        String s = expressions.get(i).toString();
        if (!winSet.contains(s)) {// Check to see if an expression
          wins.add(s);            //  with the same normalized string
          winSet.add(s);          //  representation was saved earlier.
        }
      }
    }
  }

  // Permutes terms without duplication. Requires the terms to
  //  be sorted. Notice how we check the next term to see if
  //  it's the same. If it is, we don't return to the beginning
  //  of the array.
  void permute(int termIx, int pos) {
    if (pos == terms.length) {
      return;
    }
    if (!used[pos]) {
      permutation[pos] = terms[termIx];
      if (termIx+1 == terms.length) {
        formulate();
      } else {
        used[pos] = true;
        if (terms[termIx+1] == terms[termIx]) {
          permute(termIx+1, pos+1);
        } else {
          permute(termIx+1, 0);
        }
        used[pos] = false;
      }
    }
    permute(termIx, pos+1);
  }

  // Start the permutation process, count the end results, display them.
  void solve(int[] terms) {
    this.terms = terms;           // We must sort the terms in order for
    Arrays.sort(terms);           //  the permute() function to work.
    permutation = new int[terms.length];
    used = new boolean[terms.length];
    permute(0, 0);
    if (wins.size() == 0) {
      System.out.println("There are no feasible expressions.");
    } else if (wins.size() == 1) {
      System.out.println("There is one feasible expression:");
    } else {
      System.out.println("There are "+wins.size()+" feasible expressions:");
    }
    for (int i = 0; i < wins.size(); ++i) {
      System.out.println(wins.get(i) + " = " + target);
    }
  }

  // Get user input from the command line and check its validity.
  public static void main(String[] args) {
    if (args.length != need) {
      System.out.println("must specify "+need+" digits");
      return;
    }
    int digits[] = new int[need];
    for (int i = 0; i < need; ++i) {
      try {
        digits[i] = Integer.parseInt(args[i]);
      } catch (NumberFormatException e) {
        System.out.println("\""+args[i]+"\" is not an integer");
        return;
      }
      if (digits[i] < min || digits[i] > max) {
        System.out.println(digits[i]+" is outside the range ["+
            min+", "+max+"]");
        return;
      }
    }
    (new Equation()).solve(digits);
  }
}
票数 10
EN

Stack Overflow用户

发布于 2014-11-27 07:08:55

我建议你使用树形结构来存储等式,即一个语法树,其中根代表操作符,运算符有两个子操作符代表操作数,依此类推。这样做你可能会得到一个更干净的代码,因为这样你就不需要“手工”生成操作数的组合,但你可以编写一个代码,从一个一维新的操作数= char[] char[] {'+','-','*','/'}数组中挑选每个操作数。

如果您不想使用语法树,或者认为您的用例不需要使用语法树,那么您可以尝试找到一种不同的方法,使代码从一维数组中选取操作数,并将它们存储到不同的数据结构中。但我会特别避免像你这样写所有的组合。它看起来不太容易维护。

票数 4
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Stack Overflow用户

发布于 2016-11-09 21:52:31

我已经用下面的代码修复了类似的难题。

代码语言:javascript
运行
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public static boolean game24Points(int[] operands) {
    ScriptEngineManager sem = new ScriptEngineManager();
    ScriptEngine engine = sem.getEngineByName("javascript");

    char[] operations = new char[] { '+', '-', '*', '/' };
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            for (int k = 0; k < 4; k++) {
                try {
                    String exp = "" + operands[0] + operations[i] + operands[1] + operations[j]
                            + operands[2] + operations[k] + operands[3];
                    String res = engine.eval(exp).toString();
                    if (Double.valueOf(res).intValue() == 24) {
                        System.out.println(exp);
                        return true;
                    }
                } catch (ScriptException e) {
                    return false;
                }
            }
        }
    }
    return false;
}

下面是测试用例

代码语言:javascript
运行
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public void testCase01() {
    int[] operands = { 7, 2, 1, 10 };
    assertEquals(true, Demo.game24Points(operands));
}

public void testCase02() {
    int[] operands = { 1, 2, 3, 4 };
    assertEquals(true, Demo.game24Points(operands));
}

public void testCase03() {
    int[] operands1 = { 5, 7, 12, 12 };
    assertEquals(true, Demo.game24Points(operands1));
    int[] operands = { 10, 3, 3, 23 };
    assertEquals(true, Demo.game24Points(operands));
}
票数 1
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页面原文内容由Stack Overflow提供。腾讯云小微IT领域专用引擎提供翻译支持
原文链接:

https://stackoverflow.com/questions/27160339

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