J'ai écrit un algorithme en C # qui essaie toutes les combinaisons possibles de ceux-ci Nor 3->1 Xor 2->1 Nand 2->1et de Decoder 3->8.
Après l'avoir fait fonctionner pendant 7½ millions d'années 2 heures, il a renvoyé 42 faux. Je crois que cela prouve que la question n'a pas de réponse car cet algorithme vérifie toutes les combinaisons possibles. :)
On m'a demandé de le décrire, donc la partie suivante est une explication des parties du code, partie par partie. TL; DR - vous pouvez simplement passer au code à la fin :)
Parlons des lignes d'entrée, elles ont 0 ou 1 état et pour chacune des entrées possibles (0 à 15) elles ont des valeurs différentes:
pour la première ligne ça ressemble à ça: 0 1 0 1 0 1 ... La seconde est: 0 0 1 1 0 0 1 1 ... la troisième: 0 0 0 0 1 1 1 1 .... comme binaire en comptant ... vous avez l'idée: P
J'ai donc créé un objet qui représente chaque ligne dans chacun de ses états:
class BitLine{
bool[] IsActiveWhenInputIs = new bool[16];
}
Comme il est dit, bitLine.IsActiveWhenInputIs [5] indique si la ligne était active lorsque l'entrée était à 5.
Ceci est un code qui crée complètement les lignes d'entrée:
var bitLineList = new BitLine[6]; // initialize new array of bitLines
for (int i = 0; i < 6; i++) bitLineList [i] = new BitLine(); // initialize each bitLine
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
int checker = 1 << j; // check whether the j-th bit is activated in the binary representation of the number.
bitLineList[j].IsActiveWhenInputIs[i] = ((checker & i) != 0); // if it's active, the AND result will be none zero, and so the return value will be true - which is what we need :D
}
}
Nous allons également créer des lignes de bits "toujours vrai" et "toujours faux" - pour fournir une entrée "0" ou "1" constante.
for (int i = 0; i < 16; i++){
bitLineList[4].IsActiveWhenInputIs[i] = false;
bitLineList[5].IsActiveWhenInputIs[i] = true;
}
Maintenant, si vous remarquez, ce que nous recherchons est en fait un bitLine spécifique, celui qui est vrai lorsque l'entrée est 0, 7, 14. Représentons-le dans notre classe:
var neededBitLine = new BitLine();
for (int i = 0; i < 16; i++){
neededBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = ((i % 7) == 0); // be true for any number that is devideble by 7 (0,7,14)
}
Cela a rendu les choses vraiment simples: ce que nous recherchons en fait est un moyen de "forger" ce nécessaire BitLine à partir de la ligne de bits d'entrée (c'est ainsi que je représente pour mon programme ce que je veux que ma sortie soit).
Maintenant, voici comment nous allons le: chaque fois que nous utilisons un élément logique sur nos lignes de bits comme Xor, Nor, Nandou même Decoder, nous créons en fait une nouvelle Bitline \ s. Nous connaissons la valeur de chacune des lignes dans chaque entrée possible de 0 à 15, nous pouvons donc également calculer la nouvelle valeur bitLine dans chaque entrée possible!
Nand Nor et Xor sont tous simples:
void Xor(BitLine b1, BitLine b2, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = b1.IsActiveWhenInputIs[i] != b2.IsActiveWhenInputIs[i];
}
}
void Nand(BitLine b1, BitLine b2, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = !(b1.IsActiveWhenInputIs[i] && b2.IsActiveWhenInputIs[i]);
}
}
void Nor(BitLine b1, BitLine b2, BitLine b3, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = !(b1.IsActiveWhenInputIs[i] || b2.IsActiveWhenInputIs[i] || b3.IsActiveWhenInputIs[i]);
}
}
Pour chaque entrée possible, il représente la façon dont la nouvelle BitLine va agir.
La manipulation du décodeur est un peu délicate, mais l'idée est "si les bits à l'entrée représentent le nombre x en binaire, alors la x-ème ligne de bits de sortie sera vraie, tandis que toutes les autres seront fausses. Contrairement à l'autre , celle-ci obtient un tableau de lignes de bits et ajoute 8 nouvelles lignes de bits au tableau.
void Decoder(BitLine b1, BitLine b2, BitLine b3, List<BitLine> lines, int listOriginalLength)
{
for (int optionNumber = 0; optionNumber < 8; optionNumber++)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
int sum = 0;
if (b1.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 4;
if (b2.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 2;
if (b3.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 1;
lines[listOriginalLength+optionNumber].IsActiveWhenInputIs[i] = (sum == optionNumber);
}
}
}
Maintenant, nous avons tous nos éléments de base, parlons donc de l'algorithme:
Nous allons faire un algorithme récursif, à chaque profondeur, il essaiera d'utiliser un autre élément (ni \ nand \ xor \ decoder) sur les lignes de bits actuellement disponibles, puis définira l'élément sur inutilisable pour la prochaine profondeur récursive. Chaque fois que nous arrivons en bas et que nous n'avons plus d'éléments à utiliser, nous vérifierons si nous avons une ligne de bit qui correspond à ce que nous recherchions.
Ce code vérifie à tout moment si le groupe de lignes actuel contient la ligne que nous recherchons:
bool CheckIfSolutionExist(List<BitLine> lines, int linesLength BitLine neededLine)
{
for(int i = 0; i<linesLength; i++){
if (lines[i].CheckEquals(neededLine))
{
return true;
}
}
return false;
}
C'est la fonction qu'il utilise pour vérifier si deux lignes sont égales:
bool CheckEquals(BitLine other)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
if (this.IsActiveWhenInputIs[i] != other.IsActiveWhenInputIs[i])
{
return false;
}
}
return true;
}
Ok, alors maintenant pour la partie principale, voici l'algorithme principal:
bool Solve(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if ((!nand) && (!nor) && (!xor) && (!decoder))
{
return CheckIfSolutionExist(lines, listLength, neededLine);
}
else
{
if (HandleNand(lines, nand, nor, xor, decoder, neededLine,listLength))
{
return true;
}
if (HandleNor(lines, nand, nor, xor, decoder, neededLine,listLength))
{
return true;
}
if (HandleXor(lines, nand, nor, xor, decoder, neededLine,listLength))
{
return true;
}
if (HandleDecoder(lines, nand, nor, xor, decoder, neededLine,listLength))
{
return true;
}
return false;
}
}
Cette fonction reçoit une liste des bitLines disponibles, la longueur de la liste, un booléen représentant si chaque élément est actuellement disponible (xor / nor / nand / decoder) et un bitLine représentant le bitLine que nous recherchons.
À chaque étape, il vérifie si nous avons d'autres éléments à utiliser, sinon - il vérifie si nous archivons notre ligne de bit nécessaire.
Si nous avons encore plus d'éléments, donc pour chaque élément, il appelle une fonction censée gérer la création de nouvelles bitLines en utilisant ces éléments et appeler la profondeur récursive suivante par la suite.
Les fonctions de gestionnaire suivantes sont toutes assez simples, elles peuvent être traduites en "choisissez 2 \ 3 parmi les lignes de bits disponibles et combinez-les en utilisant l'élément approprié. Ensuite, appelez la profondeur suivante de la récursivité, juste que cette fois elle ne contiendra pas cet élément! ".
ce sont les fonctions:
bool HandleNand(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (nand)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
BitLine.Nand(lines[i], lines[j],lines[listLength]);
if (Solve(lines,listLength+1, false, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleXor(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (xor)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
BitLine.Xor(lines[i], lines[j],lines[listLength]);
if (Solve(lines,listLength+1, nand, nor, false, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleNor(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (nor)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
for (int k = j; k < listLength; k++)
{
BitLine.Nor(lines[i], lines[j], lines[k],lines[listLength]);
if (Solve(lines,listLength+1, nand, false, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleDecoder(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (decoder)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
for (int k = j; k < listLength; k++)
{
BitLine.Decoder(lines[i], lines[j], lines[k],lines,listLength);
if (Solve(lines,listLength+8, nand, nor, xor, false, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
}
return false;
}
Et voilà, nous appelons simplement cette fonction avec la ligne nécessaire que nous recherchons, et elle vérifie toutes les combinaisons possibles des pièces électriques pour vérifier s'il est possible de les combiner de telle manière qu'au final, une seule ligne sera sortie avec les valeurs nécessaires.
* remarquez que j'utilise la même liste tout le temps, donc je n'aurai pas besoin de créer de nouvelles instances de lignes de bits tout le temps. Je lui donne un tampon de 200 pour cette raison.
Voici le programme complet:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApp2
{
public class BitLine
{
public bool[] IsActiveWhenInputIs = new bool[16];
public static void Xor(BitLine b1, BitLine b2, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = b1.IsActiveWhenInputIs[i] != b2.IsActiveWhenInputIs[i];
}
}
public static void Nand(BitLine b1, BitLine b2, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = !(b1.IsActiveWhenInputIs[i] && b2.IsActiveWhenInputIs[i]);
}
}
public static void Nor(BitLine b1, BitLine b2, BitLine b3, BitLine outputBitLine)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
outputBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = !(b1.IsActiveWhenInputIs[i] || b2.IsActiveWhenInputIs[i] || b3.IsActiveWhenInputIs[i]);
}
}
public static void Decoder(BitLine b1, BitLine b2, BitLine b3, List<BitLine> lines, int listOriginalLength)
{
for (int optionNumber = 0; optionNumber < 8; optionNumber++)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
int sum = 0;
if (b1.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 4;
if (b2.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 2;
if (b3.IsActiveWhenInputIs[i]) sum += 1;
lines[listOriginalLength + optionNumber].IsActiveWhenInputIs[i] = (sum == optionNumber);
}
}
}
public bool CheckEquals(BitLine other)
{
for (var i = 0; i < 16; i++)
{
if (this.IsActiveWhenInputIs[i] != other.IsActiveWhenInputIs[i])
{
return false;
}
}
return true;
}
}
public class Solver
{
bool CheckIfSolutionExist(List<BitLine> lines, int linesLength, BitLine neededLine)
{
for (int i = 0; i < linesLength; i++)
{
if (lines[i].CheckEquals(neededLine))
{
return true;
}
}
return false;
}
bool HandleNand(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (nand)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
BitLine.Nand(lines[i], lines[j], lines[listLength]);
if (Solve(lines, listLength + 1, false, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleXor(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (xor)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
BitLine.Xor(lines[i], lines[j], lines[listLength]);
if (Solve(lines, listLength + 1, nand, nor, false, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleNor(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (nor)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
for (int k = j; k < listLength; k++)
{
BitLine.Nor(lines[i], lines[j], lines[k], lines[listLength]);
if (Solve(lines, listLength + 1, nand, false, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
}
return false;
}
bool HandleDecoder(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if (decoder)
{
for (int i = 0; i < listLength; i++)
{
for (int j = i; j < listLength; j++)
{
for (int k = j; k < listLength; k++)
{
BitLine.Decoder(lines[i], lines[j], lines[k], lines, listLength);
if (Solve(lines, listLength + 8, nand, nor, xor, false, neededLine))
{
return true;
}
}
}
}
}
return false;
}
public bool Solve(List<BitLine> lines, int listLength, bool nand, bool nor, bool xor, bool decoder, BitLine neededLine)
{
if ((!nand) && (!nor) && (!xor) && (!decoder))
{
return CheckIfSolutionExist(lines, listLength, neededLine);
}
else
{
if (HandleNand(lines, listLength, nand, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
if (HandleNor(lines, listLength, nand, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
if (HandleXor(lines, listLength, nand, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
if (HandleDecoder(lines, listLength, nand, nor, xor, decoder, neededLine))
{
return true;
}
return false;
}
}
}
class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
List<BitLine> list = new List<BitLine>();
var bitLineList = new BitLine[200];
for (int i = 0; i < 200; i++) bitLineList[i] = new BitLine();
// set input bit:
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
int checker = 1 << j;
bitLineList[j].IsActiveWhenInputIs[i] = ((checker & i) != 0);
}
}
// set zero and one constant bits:
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
bitLineList[4].IsActiveWhenInputIs[i] = false;
bitLineList[5].IsActiveWhenInputIs[i] = true;
}
list.AddRange(bitLineList);
var neededBitLine = new BitLine();
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
neededBitLine.IsActiveWhenInputIs[i] = (i%7==0); // be true for any number that is devideble by 7 (0,7,14)
}
var solver = new Solver();
Console.WriteLine(solver.Solve(list, 6, true, true, true, true, neededBitLine));
Console.ReadKey();
}
}
}
J'espère que cette fois c'est une explication valable: P