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对于XN*2图灵机进行模拟，任意给定的十进制数，转换为收缩扩展二进制的编码，再编程模拟此Turing机的运行过程，要求输出从开始运行起的每一步骤的结果。用C或C++或Java或Python语言实现程序解决问题。

要求：1. 程序风格良好（使用自定义注释模板）；

2. 提供友好的输入输出，并进行输入数据的正确性验证。

importjava.util.*;/***@description:该类模拟XN*2图灵机，对任意给定的十进制数，转换为收缩扩展二进制的编码，并可输出运行中每一步骤的结果*/publicclassTuringMachine{privateintinternalState;//图灵机的内态privateStringbinCode;//二进制编码Functionf=newFunction();//需要用到的方法List<String>binCodeList=newArrayList<>();//用来存放二进制编码staticintr=0;//当r为1时机器向右移动一格staticints=0;//当s为1时机器停止运行TuringMachine(){internalState=0;binCode="0";}publicintgetInternalState(){returninternalState;}publicvoidsetInternalState(intinternalState){this.internalState=internalState;}publicStringgetBinCode(){returnbinCode;}publicvoidsetBinCode(StringbinCode){this.binCode=binCode;}/***@description:模拟图灵机的运行过程*@param:[binCode二进制编码]*@return:void*/publicvoidrunProcess(StringbinCode){binCodeList=f.toArrayList(binCode);//将二进制码binCode转换为ArrayList类型存放在binCodeList中//for循环对binCodeList进行遍历，根据当前内态的值判断该执行哪条指令for(inti=0;i<binCodeList.size();i++){r=1;//当s==1时机器停止，跳出循环if(s==1){break;}switch(getInternalState()){//内态为0时执行指令1case0:instruction_1(binCodeList.get(i),i,binCodeList);break;//内态为1时执行指令2case1:instruction_2(binCodeList.get(i),i,binCodeList);break;//内态为10时执行指令3case10:instruction_3(binCodeList.get(i),i,binCodeList);break;//内态为11时执行指令4case11:instruction_4(binCodeList.get(i),i,binCodeList);break;default:break;}}System.out.println("XN*2图灵机计算的最终结果为：");f.toDecNum(f.toString(binCodeList));//将binCodeList转换为String类型的二进制编码binCode，再转换为int类型的十进制数decNum}/***@description:根据指令对每一步骤结果进行打印*指令1:00->00R*01->10R*指令2:10->01R*11->100R*指令3:100->111R*指令4:110->01STOP*@param:[input输入,i循环的次数从0开始,binCodeList存放二进制编码binCode]*@return:void*/privatevoidinstruction_1(Stringinput,inti,List<String>binCodeList){System.out.println("当前的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+input);if(input.equals("0")){System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，右移");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}if(input.equals("1")){setInternalState(1);binCodeList.set(i,"0");System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，右移");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println();}privatevoidinstruction_2(Stringinput,inti,List<String>binCodeList){System.out.println("当前的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+input);if(input.equals("0")){setInternalState(0);binCodeList.set(i,"1");System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，右移");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}if(input.equals("1")){setInternalState(10);binCodeList.set(i,"0");System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，右移");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println();}privatevoidinstruction_3(Stringinput,inti,List<String>binCodeList){System.out.println("当前的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+input);if(input.equals("0")){setInternalState(11);binCodeList.set(i,"1");System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，右移");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}System.out.println();}privatevoidinstruction_4(Stringinput,inti,List<String>binCodeList){System.out.println("当前的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+input);if(input.equals("0")){setInternalState(0);binCodeList.set(i,"1");System.out.println("执行此条指令后的内态为："+getInternalState()+"，输入为："+binCodeList.get(i)+"，STOP");System.out.println("此步骤的结果为：");System.out.println(f.toString(binCodeList));}s=1;System.out.println();}publicstaticvoidmain(String[]args){TuringMachinetm=newTuringMachine();//创建TuringMachine的实例tmSystem.out.println("请输入一个十进制数：");Scannerscanner=newScanner(System.in);try{intdecNum=scanner.nextInt();tm.setBinCode(tm.f.toBinCode(decNum));//将十进制数转换为二进制编码并赋值给binCodeSystem.out.println();tm.runProcess(tm.getBinCode());//运行图灵机}catch(InputMismatchExceptionex){System.out.println("输入有误！");}}}/***@description:该类具有图灵机TuringMachine运行过程中所需要的一些方法*/classFunction{/***@description:将十进制数转换为二进制编码*@param:[decNum十进制数]*@return:java.lang.String*/publicStringtoBinCode(intdecNum){StringbinCode="";StringbinNum=Integer.toBinaryString(decNum);//十进制数转换为二进制数binNum+=",";//用,标识此二进制数到此已完整，后面的0都忽略不计System.out.println("这个数的二进制表示为："+binNum);//利用for循环对二进制数binNum中的字符进行遍历，根据其中的每个字符得出二进制编码binCodefor(inti=0;i<binNum.length();i++){//0->0if(binNum.charAt(i)=='0'){binCode+="0";//1->10}elseif(binNum.charAt(i)=='1'){binCode+="10";//,->110}elseif(binNum.charAt(i)==','){binCode+="110";}}binCode="0"+binCode+"00";System.out.println("这个数的二进制编码为："+binCode);returnbinCode;}/***@description:将二进制编码转换为十进制数*@param:[binCode二进制编码]*@return:int*/publicinttoDecNum(StringbinCode){intdecNum=0;StringbinNum="";//先利用for循环对ArrayList类型的binCode进行遍历，根据其中的每个元素得出二进制编码binCodefor(inti=0;i<binCode.length();i++){//0->0if(binCode.charAt(i)=='0'){binNum+="0";}elseif(binCode.charAt(i)=='1'){//10->1if(binCode.charAt(i+1)=='0'){binNum+="1";i++;//110->,}elseif(binCode.charAt(i+1)=='1'){binNum+=",";break;}}}System.out.println("二进制表示："+binNum);decNum=Integer.parseInt(binNum.substring(0,binNum.length()-1),2);//将二进制编码binCode转化为十进制数System.out.println("十进制表示："+decNum);returndecNum;}/***@description:将二进制编码binCode存放到binCodeList中*@param:[binCode二进制编码]*@return:java.util.List<java.lang.String>*/publicList<String>toArrayList(StringbinCode){binCode=binCode.replaceAll("","").trim();//将binCode中的每个字符用空格分隔开，并去掉首尾的空格//根据分隔符空格分隔出binCode中的每个字符存放到binCodeList中List<String>binCodeList=newArrayList<>(Arrays.asList(binCode.split("")));returnbinCodeList;}/***@description:将binCodeList转换为二进制编码binCode*@param:[binCodeList存放binCode的容器]*@return:java.lang.String*/publicStringtoString(List<String>binCodeList){StringbinCode=String.join("",binCodeList);returnbinCode;}}

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