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用线性表表示一元多项式及多项式相加运算

时间:2017-02-11

因此,一个一元n次多项式可以用一个线性表P来表示:多项式每一项的指数隐含在线性表的序号里

提示:本文共有 112 个字,阅读大概需要 1 分钟。

在数学上,一个一元n次多项式可以按照升幂写成

它由n+1个系数唯一确定。因此,一个一元n次多项式可以用一个线性表P来表示:

多项式每一项的指数隐含在线性表的序号里。假设Q是另外一个一元m次多项式,同样也可以用线性表Q来表示

如果m

因此,多项式P和Q相加的结果可以用线性表R表示

由此可以看出,一元n次多项式在计算机中可以用线性表来表示,其加法运算也可以在线性表的基础上进行。但在实际应用中,多项式的次数可能很高并且变化很大时,使得线性表最大长度很难确定,特别是在处理类似如下多项式时

虽然多项式只有3项非零元素,但仍然需要一个长度为30000的线性表来表示,造成对内存空间的浪费。在程序设计中,这种浪费是应当避免的。可以考虑用线性表存储多项式每项系数的同时,也存储相应的指数,这样就可以不用存储多项式的非零项了。

一般情况下,一元n次多项式也可以写成

其中,pi是指数为ei项的非零系数,并且满足

因此,若用一个长度为m,且每个元素有两个数据项(系数项和指数项)的线性表,便可唯一确定多项式P(x)

上面的式子在每项都不为零的情况下,仅只比存储每项系数的方案多存储一倍的数据。但是对于T(x)类的多项式,这种表示将极大节省存储空间。

用线性表存储多项式可以采用两种存储结构,一种是顺序存储结构,一种是链式存储结构。在实际应用中,具体采用什么存储结构,则要视作什么运算而定。一般来说如果仅是求多项式值的运算,宜采用顺序存储结构,当需要修改多项式的系数和值时宜采用链式存储结构。

例如,多项式

线性表的表示为

图 3 多项式表的顺序存储结构

图 4 多项式表的链式存储结构

一元多项式相加的运算规则非常简单,两个多项式中指数相同的项对应系数相加,若相加的和不为零,则构成相加结果多项式中的一项,所有指数不相同的项均复制到相加结果多项式中。

下面用Java语言给出一元多项式表示及加法运算案例。前面讨论过,用线性表存储多项式时,宜采用系数项和指数项同时存储的结构。因此在案例中定义了PolyData类,用于存储多项式的项数据。

多项式存储采用LinkedList类,LinkedList是一个双向链表,当数据量很大或者操作很频繁的情况下,添加和删除元素时具有比ArrayList更好的性能。

Polynomial类似案例文件的主要处理类,在类中声明了三个LinkedList类,分别存储第一个多项式、第二个多项式以及两个多项式相加运算的结果。

Polynomial类的addPol()方法用于执行两个多项式的相加运算,具体算法过程是:

(1) 遍历第一个多项式;

(2) 在遍历过程中,处理每一个单项;

● 遍历第二个多项式;

● 比较两个单项式的指数;

● 若指数相同,则两个单项式的系数相加,并形成新的单项式添加到运算结果列表中;若指数不相同,则两个单项式都添加到运算结果列表中。

addPol算法的执行频率为n*m,n为第一个多项式的单项式个数,m为第二个多项式的单项式个数,其算法复杂度为O(n^2)。

PolynomialTest类为测试类,代码如下。

文章小结

用线性表存储一元多项式时,线性表的元素由两部分组成,一部分用于存储多项式的系数项,一部分用于存储多项式的指数项。这种存储结构对指数项很高且变化很大的多项式特别有用。在存储多项式时,线性表的存储结构可以采用顺序存储结构,也可以采用链式存储结构,推荐使用链式存储结构,存储空间灵活其运算方便。

一元多项式相加的运算规则非常简单,两个多项式中指数相同的项对应系数相加,若相加的和不为零,则构成相加结果多项式中的一项,所有指数不相同的项均复制到相加结果多项式中。多项式加法运算的时间复杂度为O(n)或O(n^2),算法不同,其时间复杂度也不同。本文给出的案例时间复杂度为O(n^2),时间复杂度为O(n)的算法,请自行给出。

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