数据结构-C语言代码 day 5-多项式加法

用链表存储一元多项式,并实现两个多项式的加法。

存储多项式的数据结构

多项式的通式是P_{n}(x)=+a_{n-1}x^{n-1}+...+a_{1}x+a_{0}。n次多项式共有n+1项。直观地,可以定义一个数组来存储这n+1个系数。以多项式p(x)=-3.4x^{10}-9.6x^{8}+7.2x^{2}+x为例,存储这个多项式的数组如下图:

 可以看出,这种方案适合对某些多项式的处理。但是,在处理一些次数高但项数少的多项式时,存在浪费空间的现象,会有很多闲置的0。
  可以使用链表结构存储多项式:链表中的每一个结点是多项式中的一项,结点的数据域包括指数和系数两部分,由指针域连接起多项式中的各项。

1.定义结构体

typedef struct LinkNode{
	int coefficient;	//定义系数
	int exponent;		//定义指数
	struct LinkNode *next;
} *LinkList, *NodePtr;

多项式加法在链表存储结构下的实现
  链表存储结构下,多项式加法的实现 在如上定义的单链表存储结构基础上,讨论实现多项式加法的算法。
  两个多项式相加,其规则是对具有相同指数的项,令其系数相加。设两个待相加的多项式的链表的头指针分别为head1(第一个多项式)和head2(第二个多项式),两者的和保存到链表head1中。只需要先将head1和head2链表的首结点作为当前结点(分别用p1和p2指向)开始检测,在遍历链表的过程中,分情况作如下处理:
  (1)若两个多项式中当前结点的指数值相同,则它们的系数相加,结果保存到p1结点,并将p2结点删除。如果相加后的系数不为0,p1指向第一个多项式的下一个结点,准备随后的工作,否则,不保存系数为0的项,将当前p1结点删除。
  (2)当两个多项式中对应结点的指数值不相等时,若p1指向的结点的指数大,则p1简单地指向下一结点即可;而p2指向的结点大时,需要将p2结点插入到p1前,然后p2再重新指回到第二个多项式中的下一结点,继续进行处理。
  (3)检测过程直到其中的任一个链表结束。若p1不为空,第一个多项式中的剩余项已经在链表中,不作处理,如果p2不为空,只需要将p2链接到相加后的第一个多项式末尾。

2.链表初始化

 
LinkList initLinkList()
{
    LinkList tempHeader=(LinkList)malloc(sizeof(struct LinkNode));
    tempHeader->coefficient=0;
    tempHeader->exponent=0;
    tempHeader->next=NULL;
    return tempHeader;
}

3.打印链表

void printList(LinkList paraHeader)
{
    NodePtr p=paraHeader->next;
    while(p!=NULL)
    {
        printf("%d * 10^%d + ",p->coefficient,p->exponent);
        p=p->next;
    };
    printf("\r\n");
}

4.打印结点(测试)

void printNode(NodePtr paraPtr, char paraChar){
	if (paraPtr == NULL) {
		printf("\t未找到%c多项式节点\n",paraChar);
	} else {
		printf("\t%c多项式的节点是( %d * 10^%d )\n", paraChar, paraPtr->coefficient, paraPtr->exponent);
	}
}

数据结构-C语言代码 day 5-多项式加法_第1张图片

5.添加元素 

void appendElement(LinkList paraHeader, int paraCoefficient, int paraExponent){
	NodePtr p, q;
	
	//1申请节点空间
	q = (NodePtr)malloc(sizeof(struct LinkNode));
	q->coefficient = paraCoefficient;
	q->exponent = paraExponent;
	q->next = NULL;
	
	//2尾插法,找到链表尾部
	p = paraHeader;
	while (p->next != NULL) {
		p = p->next;
	}
	
	//3连接
	p->next = q;
}

6.Add函数(核心)

void add(NodePtr paraList1, NodePtr paraList2){
	NodePtr p, q, r, s;
	
	//1找到多项式
	p = paraList1->next;
	printNode(p, 'p');
	q = paraList2->next;
	printNode(q, 'q');
	//加到第一链表中
	r = paraList1;
	printNode(r, 'r');
	//释放第二个多项式链表
	free(paraList2);
	
	while ((p != NULL) && (q != NULL)) {
		if (p->exponent < q->exponent) {
			printf("情况1:链表r的指数较小\n");
			r->next = p;
			r = p;
			printNode(r, 'r');
			p = p->next;
			printNode(p, 'p');
		} else if ((p->exponent > q->exponent)) {
			printf("情况2:链表r的指数较大\n");
			r->next = q;
			r = q;
			printNode(r, 'r');
			q = q->next;
			printNode(q, 'q');
		} else {
			printf("情况3:链表指数相等\n");
			p->coefficient = p->coefficient + q->coefficient;
			if (p->coefficient == 0) {
				printf("\t3.1系数和为0,删去该多项式节点\n");
				s = p;
				p = p->next;
				printNode(p, 'p');
			} else {
				printf("\t3.2系数和为%d,相加成功\n",p->coefficient);
				r = p;
				printNode(r, 'r');
				p = p->next;
				printNode(p, 'p');
			}
			s = q;
			q = q->next;
			free(s);
		}
		
		printf("\tp的地址为%ld, q的地址为%ld \n", p, q);
	}
	
	
	if (p == NULL) {
		r->next = q;
	} else {
		r->next = p;
	}
	
	printf("****两多项式相加成功****\r\n");
}

7.测试函数

void additionTest1(){
	LinkList tempList1 = initLinkList();
	appendElement(tempList1, 7, 0);
	appendElement(tempList1, 3, 1);
	appendElement(tempList1, 9, 8);
	appendElement(tempList1, 5, 17);
	printf("第一个多项式为:   ");
	printList(tempList1);
 
	LinkList tempList2 = initLinkList();
	appendElement(tempList2, 8, 1);
	appendElement(tempList2, 22, 7);
	appendElement(tempList2, -9, 8);
	printf("第二个多项式为:   ");
	printList(tempList2);
	
	add(tempList1, tempList2);
	printf("\n相加后结果是: ");
	printList(tempList1);
}


void additionTest2(){
	LinkList tempList1 = initLinkList();
	appendElement(tempList1, 7, 0);
	appendElement(tempList1, 3, 1);
	appendElement(tempList1, 9, 8);
	appendElement(tempList1, 5, 17);
	printf("第一个多项式为:   ");
	printList(tempList1);
	
	LinkList tempList2 = initLinkList();
	appendElement(tempList2, 8, 1);
	appendElement(tempList2, 22, 7);
	appendElement(tempList2, -9, 10);
	printf("第二个多项式为:   ");
	printList(tempList2);
	
	add(tempList1, tempList2);
	printf("\n相加后结果是: ");
	printList(tempList1);
}

测试结果

第一个多项式为:   7 * 10^0 + 3 * 10^1 + 9 * 10^8 + 5 * 10^17
第二个多项式为:   8 * 10^1 + 22 * 10^7 + -9 * 10^8
        p多项式的节点是( 7 * 10^0 )
        q多项式的节点是( 8 * 10^1 )
        r多项式的节点是( 0 * 10^0 )
情况1:链表r的指数较小
        r多项式的节点是( 7 * 10^0 )
        p多项式的节点是( 3 * 10^1 )
        p的地址为7345216, q的地址为7345344
情况3:链表指数相等
        3.2系数和为11,相加成功
        r多项式的节点是( 11 * 10^1 )
        p多项式的节点是( 9 * 10^8 )
        p的地址为7345248, q的地址为7345376
情况2:链表r的指数较大
        r多项式的节点是( 22 * 10^7 )
        q多项式的节点是( -9 * 10^8 )
        p的地址为7345248, q的地址为7345408
情况3:链表指数相等
        3.1系数和为0,删去该多项式节点
        p多项式的节点是( 5 * 10^17 )
        p的地址为7345280, q的地址为0
两多项式相加成功

相加后结果是: 7 * 10^0 + 11 * 10^1 + 22 * 10^7 + 5 * 10^17
第一个多项式为:   7 * 10^0 + 3 * 10^1 + 9 * 10^8 + 5 * 10^17
第二个多项式为:   8 * 10^1 + 22 * 10^7 + -9 * 10^10
        p多项式的节点是( 7 * 10^0 )
        q多项式的节点是( 8 * 10^1 )
        r多项式的节点是( 0 * 10^0 )
情况1:链表r的指数较小
        r多项式的节点是( 7 * 10^0 )
        p多项式的节点是( 3 * 10^1 )
        p的地址为7345408, q的地址为7345536
情况3:链表指数相等
        3.2系数和为11,相加成功
        r多项式的节点是( 11 * 10^1 )
        p多项式的节点是( 9 * 10^8 )
        p的地址为7345440, q的地址为7345568
情况2:链表r的指数较大
        r多项式的节点是( 22 * 10^7 )
        q多项式的节点是( -9 * 10^10 )
        p的地址为7345440, q的地址为7345600
情况1:链表r的指数较小
        r多项式的节点是( 9 * 10^8 )
        p多项式的节点是( 5 * 10^17 )
        p的地址为7345472, q的地址为7345600
情况2:链表r的指数较大
        r多项式的节点是( -9 * 10^10 )
        未找到q多项式节点
        p的地址为7345472, q的地址为0
两多项式相加成功

相加后结果是: 7 * 10^0 + 11 * 10^1 + 22 * 10^7 + 9 * 10^8 + -9 * 10^10 + 5 * 10^17

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