Этюды для программистов

Установить f равным разности р минус q; Образовать алгебраическую разность р и q и записать полученное значение под именем f.

Установить f равным произведению р и q; Образовать алгебраическое произведение р и q и записать результат под именем f.

Установить f равным частному при делении р на q; Образовать алгебраическое частное р и q и записать результат под именем f. Для выполнения этой операции не нужно привлекать алгоритм деления многочленов, так как рациональная функция может включать один знак деления. Последующие знаки деления могут быть устранены при помощи школьной алгебры.

Установить f равным р в степени с; Рациональная функция р возводится в степень с, и результат записывается под именем f. Показатель степени с должен быть целым числом или именем функции с постоянным значением; если с отрицательно, результатом будет 1/р^|с|.

Установить f равным р с заменой х на q; Заменить каждое вхождение переменной х в р на q и записать полученное значение под именем f. Отметим, что в результате подстановки переменная х может снова возникнуть в f, но ее не следует вновь заменять на q.

Установить f равным производной р по х; Вычислить производную dp/dx и записать полученное значение в f. Конечно, идентификатор х должен быть переменной или именем функции, состоящей из одной переменной.

Напечатать р; Напечатать рациональную функцию р в удобном для чтения виде.

Конец; Завершение последовательности команд.

При реализации команды печати мы сталкиваемся с трудностью, присущей всем программам алгебраических преобразований. При вычислениях функции, как правило, становятся очень сложными. Вместе с тем человек хотел бы получить результаты в достаточно простом виде. Рациональные функции записывают обычно в виде дроби, числитель и знаменатель которой представляют собой сумму членов, включающих только операции умножения и возведения в степень. В каждом таком одночлене все константы перемножены и образуют числовой коэффициент (первый сомножитель), переменные упорядочены (часто по алфавиту) и все степени одной переменной объединены так, чтобы каждая переменная встречалась лишь один раз. Если числовой коэффициент оказывается отрицательным, то такой одночлен должен вычитаться из предыдущих, а не прибавляться к ним. Если коэффициент окажется равным нулю или единице, то весь одночлен или коэффициент должен быть опущен. Если показатель степени отрицателен, то одночлен фактически есть дробь; в этом случае нужно освободиться от знаменателя с помощью стандартных алгебраических правил суммирования дробей. И наконец, следует приводить подобные члены, т. е. объединять одночлены, имеющие одинаковые наборы переменных и степеней, с соответствующим изменением коэффициентов.

Все эти преобразования можно выполнять путем приведения функции к некоторому каноническому внутреннему представлению. В нашем случае можно выбрать такое представление, чтобы рациональные функции были почти готовы для печати; результат каждой операции должен преобразовываться к стандартному виду. Можно и по-другому выбрать внутреннее представление, так, чтобы операция печати преобразовывала представление функции, когда это необходимо. Однако требуемый для такого преобразования объем работы может быть сколь угодно большим. Независимо от выбранного метода для целей упрощения нужно различать целые и вещественные константы, с тем чтобы погрешность машинной арифметики не помешала распознаванию нулевых и единичных значений. Заметьте также, что возведение в первую степень обычно опускают. На рис. 20.1 показаны простая программа и ее результат.

Установить f равным (x↑2 + y↑2)↑2 + 3*х*у;

Установить g равным (х + у)↑3 − 4;

Установить h равным произведению f и g;

Установить ааа равным f с заменой у на 2;

Установить bbb равным частному от деления ааа на h;

Напечатать g;

Напечатать bbb;

Конец;

На печать выводится следующий результат:

x↑3 + 3*x↑2*y + 3*х*у↑2 + y↑3 − 4

(x↑4 + 8*x↑2 + 6*х + 16)/(x↑7 + 3*x↑6*y + 5*x↑5*y↑2 + 7x↑4*y↑3 − 4x↑4*y − 4*x↑4 + 7*x↑3*y↑4 + 9*x↑3*y↑2 + 5*x↑2*y↑5 + 9*x↑2*y↑3 − 8*x↑2*y↑2 + 3*x*y↑6 + 3*x*y↑4 − 12*x*y + y↑7 − 4*y↑4)

Рисунок 20.1. Пример программы и ее результат.