计算与人工智能概论-问题求解、科学计算与AI应用方法 习题及答案 第8章参考答案

创建一个名为Person的结构体，包含姓名（字符串）和年龄（整数），然后创建两个Person结构体实例，并使用指针交换这两个实例的内容。#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;structPerson{charname[50];intage;};intmain(){Personp1={"Alice",25};Personp2={"Bob",30};Person*ptr1=&p1;Person*ptr2=&p2;cout<<"交换前："<<endl;cout<<"p1:"<<ptr1->name<<","<<ptr1->age<<"岁"<<endl;cout<<"p2:"<<ptr2->name<<","<<ptr2->age<<"岁"<<endl;Persontemp=*ptr1;*ptr1=*ptr2;*ptr2=temp;cout<<"交换后："<<endl;cout<<"p1:"<<ptr1->name<<","<<ptr1->age<<"岁"<<endl;cout<<"p2:"<<ptr2->name<<","<<ptr2->age<<"岁"<<endl;return0;}定义一个名为Rectangle的结构体，包含长度和宽度（浮点数）。编写一个函数，接收一个Rectangle类型的参数，并返回该矩形的面积和周长。#include<iostream>usingnamespacestd;//定义矩形结构体structRectangle{doublelength;doublewidth;};//定义用于返回面积和周长的结果结构体structRectResult{doublearea;doubleperimeter;};//函数：接收Rectangle，返回面积和周长RectResultgetAreaAndPerimeter(Rectanglerect){RectResultresult;result.area=rect.length*rect.width;result.perimeter=2.0*(rect.length+rect.width);returnresult;}intmain(){Rectangler={5.0,3.0};RectResultres=getAreaAndPerimeter(r);cout<<"矩形长="<<r.length<<",宽="<<r.width<<endl;cout<<"面积:"<<res.area<<endl;cout<<"周长:"<<res.perimeter<<endl;return0;}定义一个枚举类型Color，包含红色、绿色和蓝色三种颜色。编写一个程序，创建一个枚举变量，并根据用户输入的颜色名称设置其值，最后输出当前的颜色。#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;enumColor{RED,GREEN,BLUE};intmain(){ColorcurrentColor;stringinput;cout<<"请输入颜色（red/green/blue）:";cin>>input;//将输入转换为小写以便比较for(char&c:input){c=tolower(c);}if(input=="red"){currentColor=RED;}elseif(input=="green"){currentColor=GREEN;}elseif(input=="blue"){currentColor=BLUE;}else{cout<<"无效的颜色输入！默认设置为红色。"<<endl;currentColor=RED;}//输出当前颜色switch(currentColor){caseRED:cout<<"当前颜色是：红色"<<endl;break;caseGREEN:cout<<"当前颜色是：绿色"<<endl;break;caseBLUE:cout<<"当前颜色是：蓝色"<<endl;break;}return0;}定义一个联合Data，包含整数、浮点数和字符数组三个成员。编写一个程序，演示如何在这些成员之间切换存储数据，并输出当前存储的数据类型及值。#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;unionData{inti;floatf;charstr[20];};intmain(){Datadata;intchoice;cout<<"请选择要存储的数据类型：\n";cout<<"1.整数\n2.浮点数\n3.字符串\n";cout<<"请输入选项（1-3）:";cin>>choice;//清空输入缓冲区cin.ignore();switch(choice){case1:{intvalue;cout<<"请输入一个整数:";cin>>value;data.i=value;cout<<"\n当前存储的是整数:"<<data.i<<endl;break;}case2:{floatvalue;cout<<"请输入一个浮点数:";cin>>value;data.f=value;cout<<"\n当前存储的是浮点数:"<<data.f<<endl;break;}case3:{charinput[20];cout<<"请输入一个字符串（不超过19个字符）:";cin.getline(input,20);strcpy(data.str,input);cout<<"\n当前存储的是字符串:"<<data.str<<endl;break;}default:cout<<"无效选项！"<<endl;return1;}//演示联合的特性：访问其他成员会得到无意义的值cout<<"\n---联合内存共享演示---"<<endl;cout<<"联合当前各成员的值（仅最后赋值的成员有效）:\n";cout<<"整数成员i="<<data.i<<endl;cout<<"浮点数成员f="<<data.f<<endl;cout<<"字符串成员str=\""<<data.str<<"\""<<endl;cout<<"\n注意：只有最后写入的成员包含有效数据，其他成员的值是未定义的！"<<endl;return0;}定义一个名为Date的结构体，包含年、月、日（均为整数）。编写一个函数，判断给定日期是否为闰年，并输出结果。#include<iostream>usingnamespacestd;structDate{intyear;intmonth;intday;};//判断是否为闰年的函数（仅需年份）boolisLeapYear(intyear){if((year%4==0&&year%100!=0)||(year%400==0)){returntrue;}returnfalse;}//接收Date类型参数，判断其年份是否为闰年voidcheckLeapYear(Dated){cout<<"日期:"<<d.year<<"-"<<d.month<<"-"<<d.day<<endl;if(isLeapYear(d.year)){cout<<d.year<<"年是闰年。"<<endl;}else{cout<<d.year<<"年不是闰年。"<<endl;}}intmain(){Dated1={2024,2,29};Dated2={2023,3,15};Dated3={1900,1,1};Dated4={2000,12,31};checkLeapYear(d1);checkLeapYear(d2);checkLeapYear(d3);checkLeapYear(d4);return0;}定义一个名为Student的结构体，包含学号、姓名和成绩（均为整数）。编写一个程序，使用结构数组存储多个学生的数据，并实现按成绩排序的功能。#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;structStudent{intid;//学号charname[50];//姓名intscore;//成绩};//使用冒泡排序按成绩升序排列（通过指针操作结构数组）voidsortStudentsByScore(Student*students,intn){for(inti=0;i<n-1;i++){for(intj=0;j<n-1-i;j++){if((students+j)->score>(students+j+1)->score){//交换两个结构体Studenttemp=*(students+j);*(students+j)=*(students+j+1);*(students+j+1)=temp;}}}}intmain(){constintN=5;Studentstudents[N]={{1001,"张三",85},{1002,"李四",92},{1003,"王五",78},{1004,"赵六",96},{1005,"钱七",88}};cout<<"排序前的学生信息："<<endl;for(inti=0;i<N;i++){cout<<"学号:"<<students[i].id<<",姓名:"<<students[i].name<<",成绩:"<<students[i].score<<endl;}//调用排序函数（传递数组首地址）sortStudentsByScore(students,N);cout<<"\n按成绩升序排序后的学生信息："<<endl;for(inti=0;i<N;i++){cout<<"学号:"<<students[i].id<<",姓名:"<<students[i].name<<",成绩:"<<students[i].score<<endl;}return0;}定义一个名为Point的结构体，包含坐标x和y（均为浮点数）。编写一个函数，接收两个Point类型的参数，并计算这两点之间的距离。#include<iostream>#include<cmath>//用于sqrt函数usingnamespacestd;//定义Point结构体structPoint{doublex;doubley;};//计算两点之间距离的函数doubledistance(Pointp1,Pointp2){doubledx=p2.x-p1.x;doubledy=p2.y-p1.y;returnsqrt(dx*dx+dy*dy);}intmain(){Pointa={0.0,0.0};Pointb={3.0,4.0};doubledist=distance(a,b);cout<<"点("<<a.x<<","<<a.y<<")与点("<<b.x<<","<<b.y<<")之间的距离为:"<<dist<<endl;//可选：交互式输入Pointp1,p2;cout<<"\n请输入第一个点的坐标(xy):";cin>>p1.x>>p1.y;cout<<"请输入第二个点的坐标(xy):";cin>>p2.x>>p2.y;doubleuserDist=distance(p1,p2);cout<<"两点之间的距离为:"<<userDist<<endl;return0;}定义一个类Circle，包含半径（浮点数）作为私有成员。提供公有成员函数来计算圆的面积和周长，并允许设置和获取半径的值。编写主函数测试这些功能。#include<cmath>usingnamespacestd;classCircle{private:doubleradius;//私有成员：半径public://构造函数（带默认参数）Circle(doubler=0.0){setRadius(r);}//设置半径（带有效性检查）voidsetRadius(doubler){if(r>=0){radius=r;}else{cout<<"警告：半径不能为负数，已设为0。"<<endl;radius=0.0;}}//获取半径doublegetRadius()const{returnradius;}//计算面积doublegetArea()const{returnM_PI*radius*radius;}//计算周长doublegetCircumference()const{return2*M_PI*radius;}};intmain(){//测试1：使用默认构造Circlec1;cout<<"圆1-半径:"<<c1.getRadius()<<",面积:"<<c1.getArea()<<",周长:"<<c1.getCircumference()<<endl;//测试2：设置有效半径Circlec2(5.0);cout<<"圆2-半径:"<<c2.getRadius()<<",面积:"<<c2.getArea()<<",周长:"<<c2.getCircumference()<<endl;//测试3：动态修改半径c2.setRadius(3.0);cout<<"修改后圆2-半径:"<<c2.getRadius()<<",面积:"<<c2.getArea()<<",周长:"<<c2.getCircumference()<<endl;//测试4：尝试设置负半径（验证错误处理）Circlec3;c3.setRadius(-2.5);//应触发警告并设为0cout<<"圆3-半径:"<<c3.getRadius()<<",面积:"<<c3.getArea()<<",周长:"<<c3.getCircumference()<<endl;return0;}定义一个模板类Pair，包含两个任意类型的成员。提供成员函数来交换这两个成员的值。编写主函数，测试不同类型的Pair实例。#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;//定义模板类Pairtemplate<typenameT1,typenameT2>classPair{private:T1first;T2second;public://构造函数Pair(constT1&f,constT2&s):first(f),second(s){}//获取成员T1getFirst()const{returnfirst;}T2getSecond()const{returnsecond;}//设置成员voidsetFirst(constT1&f){first=f;}voidsetSecond(constT2&s){second=s;}//交换两个成员的值（仅当类型相同时才有效）//注意：由于T1和T2可能不同，直接交换会导致类型不匹配//因此我们提供一个条件编译版本，或说明限制//实际上，只有当T1==T2时才能安全交换//但题目要求“交换这两个成员的值”，我们假设在类型相同时使用//或者更合理的方式是：仅在主函数中对同类型Pair调用swap//更通用的做法：不提供跨类型的swap，而是让用户自己处理//但为了满足题目，我们提供一个swap函数，并在主函数中只用于同类型PairvoidswapMembers(){//只有当T1和T2是相同类型时，以下代码才有意义//否则会编译错误或逻辑错误//在C++17中可用ifconstexpr判断，但为兼容性，我们依赖用户正确使用T1temp=first;first=static_cast<T1>(second);//可能需要转换second=static_cast<T2>(temp);//注意：这种强制转换可能不安全！//更好的设计是：只对同类型Pair提供swap//因此，我们在主函数中主要测试同类型的Pair}//打印函数（用于测试）voidprint()const{cout<<"Pair("<<first<<","<<second<<")"<<endl;}};//特化：为同类型提供安全的swap（可选增强）//但题目未要求，我们简化处理intmain(){//测试1：整数和浮点数（不同类型，swap可能不安全，故不调用swap）Pair<int,double>p1(10,3.14);cout<<"p1:";p1.print();//测试2：两个整数（同类型，可以安全交换）Pair<int,int>p2(5,8);cout<<"p2原始:";p2.print();p2.swapMembers();cout<<"p2交换后:";p2.print();//测试3：两个字符串Pair<string,string>p3("Hello","World");cout<<"p3原始:";p3.print();p3.swapMembers();cout<<"p3交换后:";p3.print();//测试4：字符和整数（不同类型，不建议swap）Pair<char,int>p4('A',65);cout<<"p4:";p4.print();//如果尝试对p4调用swapMembers()，可能会因类型转换产生意外结果//例如：first=(char)65->'A'，second=(int)'A'->65，看起来没变//但在其他值下可能出错，因此swap应谨慎使用return0;}定义一个类Employee，包含员工的基本信息（如姓名、职位、工资等）。提供构造函数初始化对象，并提供成员函数显示员工的信息。#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;classEmployee{private:stringname;//姓名stringposition;//职位doublesalary;//工资public://构造函数：用于初始化员工对象Employee(conststring&n,conststring&pos,doubles):name(n),position(pos),salary(s){//可选：对工资做有效性检查if(salary<0){cout<<"警告：工资不能为负数，已设为0。"<<endl;salary=0.0;}}//默认构造函数（可选）Employee():name("未知"),position("无职位"),salary(0.0){}//显示员工信息的成员函数voiddisplayInfo()const{cout<<"姓名:"<<name<<"\n职位:"<<position<<"\n工资:$"<<salary<<endl;}//提供getter和setter（可选，增强实用性）stringgetName()const{returnname;}stringgetPosition()const{returnposition;}doublegetSalary()const{returnsalary;}voidsetPosition(conststring&pos){position=pos;}voidsetSalary(doubles){if(s>=0){salary=s;}else{cout<<"错误：工资不能为负数！"<<endl;}}};intmain(){//使用带参构造函数创建员工对象Employeeemp1("张伟","软件工程师",8500.50);Employeeemp2("李娜","项目经理",12000.0);//使用默认构造函数Employeeemp3;cout<<"===员工信息==="<<endl;emp1.displayInfo();cout<<"------------------"<<endl;emp2.displayInfo();cout<<"------------------"<<endl;emp3.displayInfo();//演示修改信息cout<<"\n---修改emp3的信息---"<<endl;emp3=Employee("王强","实习生",3000.0);emp3.displayInfo();return0;}定义一个名为Book的结构体，包含书名、作者和价格（分别为字符串和浮点数）。编写一个程序，创建一个结构数组存储多本书的信息，并实现搜索功能，根据书名查找书籍。#include<iostream>#include<string>#include<vector>#include<algorithm>//用于transform（可选，用于忽略大小写）usingnamespacestd;//定义Book结构体structBook{stringtitle;//书名stringauthor;//作者doubleprice;//价格};//按书名精确查找（区分大小写）intfindBookByTitle(constvector<Book>&books,conststring&target){for(size_ti=0;i<books.size();++i){if(books[i].title==target){returnstatic_cast<int>(i);//返回索引}}return-1;//未找到}//按书名模糊查找（不区分大小写，包含子串）vector<int>findBooksByTitlePartial(constvector<Book>&books,conststring&keyword){vector<int>indices;stringlowerKeyword=keyword;transform(lowerKeyword.begin(),lowerKeyword.end(),lowerKeyword.begin(),::tolower);for(size_ti=0;i<books.size();++i){stringlowerTitle=books[i].title;transform(lowerTitle.begin(),lowerTitle.end(),lowerTitle.begin(),::tolower);if(lowerTitle.find(lowerKeyword)!=string::npos){indices.push_back(static_cast<int>(i));}}returnindices;}//打印单本书信息voidprintBook(constBook&book){cout<<"书名:"<<book.title<<"\n作者:"<<book.author<<"\n价格:$"<<book.price<<endl;}intmain(){//初始化结构数组（使用vector更灵活）vector<Book>library={{"C++Primer","StanleyB.Lippman",59.99},{"TheCProgrammingLanguage","BrianW.Kernighan",45.50},{"EffectiveC++","ScottMeyers",49.99},{"Java核心技术","CayS.Horstmann",89.00},{"Python编程：从入门到实践","EricMatthes",79.80}};cout<<"===图书馆藏书列表==="<<endl;for(size_ti=0;i<library.size();++i){cout<<"["<<i+1<<"]";printBook(library[i]);cout<<"------------------------"<<endl;}//精确搜索stringsearchTitle;cout<<"\n请输入要精确查找的书名:";getline(cin,searchTitle);intindex=findBookByTitle(library,searchTitle);if(index!=-1){cout<<"\n找到书籍："<<endl;printBook(library[index]);}else{cout<<"\n未找到书名完全匹配的书籍。"<<endl;//尝试模糊搜索cout<<"\n正在尝试模糊搜索（不区分大小写，包含关键词）..."<<endl;vector<int>matches=findBooksByTitlePartial(library,searchTitle);if(!matches.empty()){cout<<"🔍找到以下可能匹配的书籍："<<endl;for(intidx:matches){cout<<"--------------------"<<endl;printBook(library[idx]);}}else{cout<<"未找到任何包含\""<<searchTitle<<"\"的书籍。"<<endl;}}return0;}定义一个类Matrix，包含一个二维数组作为私有成员。提供成员函数进行矩阵加法和乘法运算。编写主函数，测试这些矩阵操作功能。#include<iostream>#include<vector>#include<stdexcept>usingnamespacestd;classMatrix{private:vector<vector<double>>data;introws;intcols;public://构造函数：创建rows×cols的矩阵，初始化为0Matrix(intr,intc):rows(r),cols(c){if(r<=0||c<=0){throwinvalid_argument("矩阵行列数必须为正整数");}data.resize(rows,vector<double>(cols,0.0));}//通过initializer_list支持初始化（C++11）Matrix(initializer_list<initializer_list<double>>list){rows=list.size();if(rows==0){cols=0;return;}cols=(*list.begin()).size();data.resize(rows,vector<double>(cols));inti=0;for(auto&row:list){if(row.size()!=static_cast<size_t>(cols)){throwinvalid_argument("每行元素个数必须一致");}intj=0;for(auto&val:row){data[i][j++]=val;}i++;}}//获取行数和列数intgetRows()const{returnrows;}intgetCols()const{returncols;}//设置和获取元素（带边界检查）voidsetElement(inti,intj,doublevalue){if(i<0||i>=rows||j<0||j>=cols){throwout_of_range("矩阵索引越界");}data[i][j]=value;}doublegetElement(inti,intj)const{if(i<0||i>=rows||j<0||j>=cols){throwout_of_range("矩阵索引越界");}returndata[i][j];}//矩阵加法：要求两个矩阵同维Matrixadd(constMatrix&other)const{if(rows!=other.rows||cols!=other.cols){throwinvalid_argument("矩阵加法：维度不匹配");}Matrixresult(rows,cols);for(inti=0;i<rows;++i){for(intj=0;j<cols;++j){result.data[i][j]=data[i][j]+other.data[i][j];}}returnresult;}//矩阵乘法：A(m×n)*B(n×p)=C(m×p)Matrixmultiply(constMatrix&other)const{if(cols!=other.rows){throwinvalid_argument("矩阵乘法：列数与行数不匹配");}Matrixresult(rows,other.cols);for(inti=0;i<rows;++i){for(intj=0;j<other.cols;++j){doublesum=0.0;for(intk=0;k<cols;++k){sum+=data[i][k]*other.data[k][j];}result.data[i][j]=sum;}}returnresult;}//重载+运算符（可选，增强易用性）Matrixoperator+(constMatrix&other)const{returnadd(other);}//重载*运算符（可选）Matrixoperator*(constMatrix&other)const{returnmultiply(other);}//打印矩阵voidprint()const{for(inti=0;i<rows;++i){for(intj=0;j<cols;++j){cout<<data[i][j]<<"\t";}cout<<endl;}}};intmain(){try{//方法1：使用initializer_list初始化cout<<"===矩阵A==="<<endl;MatrixA={{1,2,3},{4,5,6}};A.print();cout<<"\n===矩阵B==="<<endl;MatrixB={{7,8,9},{10,11,12}};B.print();//矩阵加法cout<<"\n===A+B==="<<endl;MatrixC=A.add(B);C.print();//方法2：动态创建矩阵并赋值cout<<"\n===矩阵D(2x3)==="<<endl;MatrixD(2,3);D.setElement(0,0,1);D.setElement(0,1,0);D.setElement(0,2,2);D.setElement(1,0,-1);D.setElement(1,1,3);D.setElement(1,2,1);D.print();cout<<"\n===矩阵E(3x2)==="<<endl;MatrixE(3,2);E.setElement(0,0,3);E.setElement(0,1,1);E.setElement(1,0,2);E.setElement(1,1,1);E.setElement(2,0,1);E.setElement(2,1,0);E.print();//矩阵乘法cout<<"\n===D*E(2x2)==="<<endl;MatrixF=D.multiply(E);F.print();//使用运算符重载（更简洁）cout<<"\n===使用运算符重载:A+B==="<<endl;(A+B).print();cout<<"\n===使用运算符重载:D*E==="<<endl;(D*E).print();}catch(constexception&e){cerr<<"错误:"<<e.what()<<endl;return1;}return0;}13.定义一个枚举类型VehicleType，包含汽车、卡车、摩托车等类型。定义一个类Vehicle，包含车辆类型、品牌和颜色（均为字符串）。编写一个程序，根据用户输入的类型动态创建不同的Vehicle实例，并显示其信息。#include<iostream>#include<string>#include<vector>usingnamespacestd;//定义枚举类型VehicleTypeenumclassVehicleType{CAR,//汽车TRUCK,//卡车MOTORCYCLE//摩托车};//将枚举值转换为字符串（用于显示）stringvehicleTypeToString(VehicleTypetype){switch(type){caseVehicleType::C