一、题目分析
1.题目要求：输入一个数，通过模拟图灵机程序，输出它的二倍
2.图灵机指令：XN*2
0 0 —> 0 0 R
0 1 —> 1 0 R
1 0 —> 0 1 R
1 1 —> 10 0 R
10 0 —> 11 1 R
11 0 —> 0 1 STOP
3.数据转换处理
例如：输入3
(1)转换为二进制数：11
(2)转化二进制数：011，
(3)通过扩展伸缩法扩展二进制位（1->10;","->110）：01010110
4.具体实现：
1.定义两个整形的二维数组array1,array2;分别表示现在的内态和输入、对应的下一时刻的内态和输入；
int[][] array1 = {{0,0},{0,1},{1,0},{1,1},{10,0},{11,0}};
int[][] array2 = {{0,0},{1,0},{0,1},{10,0},{11,1},{0,1}};
2.输入十进制数据转换为整形数据，建立array1和array2的连接，在array1中找到与之相等的数据，返回下标，将array2中该下标所对应的值赋给数据；依次循环下去；
3.计算过程执行指令执行完时，将字符数组转换为字符串后加上“10”(因为每一次输出的结果数位数比进入图灵机扩展后的数据多两位，这两位就是"10"),然后将字符串转换为十进制数字输出；
在这个过程中要注意输出每一次步骤运行的结果（包括每一步数据转换）
二、算法构造
1.主要方法及功能
1.输入方法
1.1基本参数：char[] Input(){}
1.2功能：输入一个十进制数，调用转换方法，返回一个字符数组
/**
*
* @param: []
* @return: void
* @Description:输入一个数字并转换
*/
public static char[] Input(){
System.out.println("请输入一个要计算的数：");
int num = new Scanner(System.in).nextInt();
if(num == 0){
System.out.println("0*2 = 0");
return null;
}
//1.数字转换为二进制字符2.扩展伸缩法：1->10;“，”->110
String string = Transform1(num);
//将字符串转换为字符数组
char[] ch = string.toCharArray();
System.out.print("第二次转换:");
for(int i = 0;i < ch.length;i++){
System.out.print(ch[i]);
}
return ch;
}
2.转换方法：
2.1基本参数：String Transform1(int num){}
2.2功能：将十进制整数通过扩展伸缩法转换为只含有0、1的字符
//将十进制整数通过扩展伸缩法转换为只含有0、1的字符串
public static String Transform1(int num){
String str = Integer.toBinaryString(num);
str = "0" + str + ",";
System.out.println("第一次转换："+str);
str = str.replace("1","10");
str = str.replace(",","110");
return str;
}
3.查找方法：
3.1基本参数：int Search(int N,int v){}
3.2功能：匹配数组array1中与数据值相等的数组元素下标，返回该下标
/**
*
* @param: [NT, value]
* @return: int
* @Description:已知现在的状态查找下一状态
*/
public int Search(int N,int v){
for(int i = 0;i < 6;i++){
if(N == array1[i][0]&&v == array1[i][1]){
return i;
}
}
return -1;
}
4.图灵机模拟方法：
4.1基本参数：void tuRing(){}
4.2功能：将上述方法组合起来，结果的数据转换没有单独写一个方法实现，所以放在tuRing()方法的最后实现
public void tuRing(){
char[] ch = Input();
if(ch == null){
return;
}
int NT = 0;
//执行指令
for(int i = 0;i < ch.length;i++){
int index = Search(NT,ch[i]-'0');
NT = array2[index][0];
ch[i] = (char)(array2[index][1]+'0');
}
//模拟图灵机计算后将字符数组转换为十进制整数
String str = new String(ch);
str = str+"10";
System.out.println();
System.out.println("结果：");
System.out.println("第一次转换："+str);
str = str.replace("110",",");
str = str.replace("10","1");
System.out.println("第二次转换："+str);
int index1 = str.indexOf("1");
int index2 = str.indexOf(",");
str = str.substring(index1,index2);
System.out.print("第三次转换：");
System.out.println(Integer.parseInt(str,2));
}
2.流程图分析：
三、程序代码
双手奉上：源代码
package Javaclass;
import java.util.Scanner;
/**
* @Author:Star
* @Date:Created in 15:44 2019/3/21
* @Description:模拟图灵机XN*2
*/
class TuRing{
int[][] array1 = {{0,0},{0,1},{1,0},{1,1},{10,0},{11,0}};
int[][] array2 = {{0,0},{1,0},{0,1},{10,0},{11,1},{0,1}};
public void tuRing(){
char[] ch = Input();
if(ch == null){
return;
}
int NT = 0;
//执行指令
for(int i = 0;i < ch.length;i++){
int index = Search(NT,ch[i]-'0');
NT = array2[index][0];
ch[i] = (char)(array2[index][1]+'0');
}
//模拟图灵机计算后将字符数组转换为十进制整数
String str = new String(ch);
str = str+"10";
System.out.println();
System.out.println("结果：");
System.out.println("第一次转换："+str);
str = str.replace("110",",");
str = str.replace("10","1");
System.out.println("第二次转换："+str);
int index1 = str.indexOf("1");
int index2 = str.indexOf(",");
str = str.substring(index1,index2);
System.out.print("第三次转换：");
System.out.println(Integer.parseInt(str,2));
}
/**
*
* @param: [NT, value]
* @return: int
* @Description:已知现在的状态查找下一状态
*/
public int Search(int N,int v){
for(int i = 0;i < 6;i++){
if(N == array1[i][0]&&v == array1[i][1]){
return i;
}
}
return -1;
}
/**
*
* @param: []
* @return: void
* @Description:输入一个数字并转换
*/
public static char[] Input(){
System.out.println("请输入一个要计算的数：");
int num = new Scanner(System.in).nextInt();
if(num == 0){
System.out.println("0*2 = 0");
return null;
}
//1.数字转换为二进制字符2.扩展伸缩法：1->10;“，”->110
String string = Transform1(num);
//将字符串转换为字符数组
char[] ch = string.toCharArray();
System.out.print("第二次转换:");
for(int i = 0;i < ch.length;i++){
System.out.print(ch[i]);
}
return ch;
}
//将十进制整数通过扩展伸缩法转换为只含有0、1的字符串
public static String Transform1(int num){
String str = Integer.toBinaryString(num);
str = "0" + str + ",";
System.out.println("第一次转换："+str);
str = str.replace("1","10");
str = str.replace(",","110");
return str;
}
}
public class TestTuRing {
public static void main(String[] args) {
new TuRing().tuRing();
}
}
四、调试截屏
1.哇哇哇，这错误，什么鬼
原因：在查找下标函数中，将形参与array2中的数据做了比较
if(N == array2[i][0]&&v == array2[i][1]){
return i;
}
改正：应该与array1中的数组元素作比较，返回array1中匹配的下标
if(N == array1[i][0]&&v == array1[i][1]){
return i;
}
2.调试过程，观察各变量的值，发现问题
五、测试过程
1.当输入数据不合法时；
2.输入数据合法，观察输出
六、运行结果：
七、遇到的问题及心得
1.理解了图灵机模拟的理论知识，但在编写代码的过程中，还是遇到了很多的问题，刚开始是想用if-else来执行指令语句的，但是由于自身对语言的掌握还不够深，遇到的一些问题都没有找到解决的方法。
后来，试着用两个二维数组来存储，通过下标，使两个数组产生了练习，处理数据的过程，先在array1中找到与数据相等的下标，将array2中该下标所对应的元素赋给新的内态和输入，通过循环完成了指令的执行过程；
2.第二个遇到的问题是数据类型转换的问题，其中有利用扩展伸缩法将输入数据转换为图灵机所使用的数据；后来，又需要将结果转换为十进制整数输出，在这个过程中采取了字符串的toCharArray()方法，字符串截取str.substring()方法、字符串转为十进制的整数Integer.parseInt()、字符串字符替换str.replace(“110”,",")方法；
3.心得：在模拟图灵机的过程中，遇到的问题都是提高的机会，掌握了操作字符串的更多方法，数据的转换问题也有了更好的了解。但是程序写的很乱，没有一定的规范，应该将各种操作方法单列成一个单独的方法，独立的调用，这样有利于程序的安全性。