题目简介

本题是 1996 年中科院计算所的编程考试题目，属于计算机科学经典算法题目之一。题目要求实现门电路的模拟器，能够计算任意门电路的输出结果。该题目的难度较高，涉及到递归、位运算等计算机科学知识。

题目描述

有一个由门电路组成的电路，其中每个门要么是 AND 门，要么是 OR 门，要么是 NOT 门，还可能有一些输入端口和输出端口。我们需要实现一个模拟器，能够计算该电路的输出结果。

输入格式：

第一行包含一个整数 n，表示该电路中的门电路数量。

接下来 n 行，每行描述一个门电路，格式如下：

• 对于 AND 或 OR 门，格式为 "AND|OR i1 i2 o"，表示输入 i1 和 i2 经过 AND 或 OR 操作，结果输出到 o。
• 对于 NOT 门，格式为 "NOT i o"，表示输入 i 经过 NOT 操作，结果输出到 o。
• 对于输入端口，格式为 "INPUT i"，表示该端口的值由用户输入。
• 对于输出端口，格式为 "OUTPUT i"，表示将 i 的值输出给用户。

输出格式：

输出所有输出端口的值，每行一个。

示例输入输出

输入：

10
AND 1 2 3
OR 2 3 4
NOT 1 5
NOT 5 6
AND 5 6 7
INPUT 1
INPUT 2
INPUT 3
OUTPUT 4
OUTPUT 7

输出：

0
0

解题思路

该题目需要我们实现门电路的模拟器，我们需要考虑到以下几点：

• 维护每个门电路的输入和输出端口；
• 实现每种门电路的逻辑，包括 AND、OR 和 NOT 门；
• 递归计算门电路的输入和输出端口的值；
• 输出输出端口的值。

代码实现

class Circuit:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.inputs = []
        self.outputs = []

    def connect_input(self, input_, output):
        self.inputs.append((input_, output))

    def connect_output(self, input_, output):
        self.outputs.append((input_, output))

    def get_input(self, index):
        input_, _ = self.inputs[index]
        return input_.get_output()

    def get_output(self, index):
        _, output = self.outputs[index]
        return output.get_input()

    def calculate(self):
        pass

class InputPort:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.value = None

    def set_value(self, value):
        self.value = value

    def get_output(self):
        return self.value

class OutputPort:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.input_ = None

    def connect(self, input_):
        self.input_ = input_

    def get_input(self):
        return self.input_.get_output()

class AndGate(Circuit):
    def calculate(self):
        input1 = self.get_input(0)
        input2 = self.get_input(1)
        return int(input1 and input2)

class OrGate(Circuit):
    def calculate(self):
        input1 = self.get_input(0)
        input2 = self.get_input(1)
        return int(input1 or input2)

class NotGate(Circuit):
    def calculate(self):
        input_ = self.get_input(0)
        return int(not input_)

def parse_input():
    gates = {}
    inputs = []
    outputs = []

    n = int(input())
    for _ in range(n):
        info = input().split()

        if info[0] == 'AND':
            name = info[3]
            inputs = [int(info[1]), int(info[2])]
            output = AndGate(name)
            gates[name] = output
            for i in inputs:
                input_ = gates.get(str(i), InputPort(str(i)))
                gates[str(i)] = input_
                output.connect_input(input_, output)
        elif info[0] == 'OR':
            name = info[3]
            inputs = [int(info[1]), int(info[2])]
            output = OrGate(name)
            gates[name] = output
            for i in inputs:
                input_ = gates.get(str(i), InputPort(str(i)))
                gates[str(i)] = input_
                output.connect_input(input_, output)
        elif info[0] == 'NOT':
            name = info[2]
            input_ = gates.get(info[1], InputPort(info[1]))
            output = NotGate(name)
            gates[name] = output
            output.connect_input(input_, output)
        elif info[0] == 'INPUT':
            name = info[1]
            input_ = InputPort(name)
            inputs.append(input_)
            gates[name] = input_
        elif info[0] == 'OUTPUT':
            name = info[1]
            output_ = OutputPort(name)
            outputs.append(output_)
            input_ = gates.get(name, InputPort(name))
            output_.connect(input_)
            gates[name] = input_

    return inputs, outputs

def simulate_circuit(inputs, outputs):
    for i, input_ in enumerate(inputs):
        value = int(input())
        input_.set_value(value)

    for output in outputs:
        value = output.get_input()
        print(value)

# 解析输入，构建门电路
inputs, outputs = parse_input()

# 模拟门电路并输出结果
simulate_circuit(inputs, outputs)

代码片段中包含了 Circuit、InputPort、OutputPort、AndGate、OrGate 和 NotGate 六个类，分别用于实现门电路的基本组成部分和每种门电路的逻辑。在 parse_input 函数中，我们构建了门电路的数据结构，并在 simulate_circuit 函数中模拟了门电路的输入和输出。

总结

本题主要考察了面向对象编程的基本知识，包括继承、封装、多态等。在实现这个模拟器的过程中，我们需要思考门电路的基本组成部分以及每种门电路的逻辑，同时需要掌握递归和位运算等计算机科学的基本知识。