sicp 2.3小结习题尝试解答-阿里云开发者社区

习题2.2没有全部做，我读书的速度远远超过做习题的进度，没办法，时间有限，晚上的时间基本用来看书了，习题也都是在工作间隙做的，慢慢来了，前两章读完再总结下。回到2.3节，这一节在前几节介绍数值型符号数据的基础上引入了符号数据，将任意符号作为数据的能力非常有趣，并给出了一个符号求导的例子，实在是太漂亮了。

习题2.53，直接看结果：

> (list ' a ' b ' c)
(a b c)
> (list (list ' george))
((george))
> (cdr ' ((x1 x2) (y1 y2)))
((y1 y2))
> (cadr ' ((x1 x2) (y1 y2)))
(y1 y2)
> (pair? (car ' (a short list)))
# f
> (memq? ' red ' ((red shoes) (blue socks)))
# f
> (memq? ' red ' (red shoes blue socks))
(red shoes blue socks)

习题2.54，equal?过程的定义，递归定义，很容易

(define (equal? a b)
  (cond (( and ( not (pair? a)) ( not (pair? b)) (eq? a b)) # t)
        (( and (pair? a) (pair? b))
         ( and (equal? (car a) (car b)) (equal? (cdr a) (cdr b))))
        ( else
          (display " a and b are not equal " ))))

注意，在DrScheme实现中,eq?可以用于比较数值，比如(eq? 1 1)也是返回真

习题2.55，表达式(car ''abracadabra)其实就是
(car (quote (quote abracadabra)))，也就是(car '(quote abracadabra))，显然将返回quote

习题2.56，求幂表达式的导数，学着书中的代码写，也很容易了，先写出constructor和selector：

(define (make - exponentiation base e)
  (cond (( = e 0) 1 )
        (( = e 1 ) base)
        ( else
          (list ' ** base e))))
(define (base x) (cadr x))
(define (exponent x) (caddr x))
(define (exponentiation? x)
  ( and (pair? x) (eq? (car x) ' **)))

用**表示幂运算，因此(make-exponentiation x 3)表示的就是x的3次方。
修改deriv过程，增加一个条件分支：

(define (deriv exp var)
  (cond ((number? exp) 0)
        ((variable? exp)
         ( if (same - variable? exp var) 1 0))
        ((sum? exp)
         (make - sum (deriv (addend exp) var)
                   (deriv (augend exp) var)))
        ((product? exp)
         (make - sum
            (make - product (multiplier exp)
                          (deriv (multiplicand exp) var))
            (make - product (multiplicand exp)
                          (deriv (multiplier exp) var))))
        ((exponentiation? exp)
         (let ((n (exponent exp)))
         (make -product (make-product n (make-exponentiation (base exp) (- n 1 ))) (deriv (base exp) var))))
        ( else
           error " unknown expression type -- Deriv " exp)))

粗体的就是我们增加的部分，两次运用make-product做乘法。
测试下：

> (deriv ' (** x 3) ' x)
( * 3 ( ** x 2 ))
> (deriv ' (** (+ x 1) 5) ' x)
( * 5 ( ** ( + x 1 ) 4 ))

习题2.57，只要修改selector函数就够了，如果是多项的和或者积，那么被乘数和被加数也是列表，可以直接表示为符号表达式而不求值

(define (augend s)
(let ((rest (cddr s)))
    ( if (null? (cdr rest))
        (car rest)
        (cons ' + rest))))
(define (multiplicand p)
  (let ((rest (cddr p)))
    ( if (null? (cdr rest))
        (car rest)
        (cons ' * rest))))

习题2.58，分为a和b，a倒是很容易解答，修改下谓词、选择函数和构造函数就可以了，将运算符号放在列表中间，注意，题目已经提示，假设+和*的参数都是两个，因此
(a)题目：

(define ( = number? x y)
  ( and (number? x) ( = x y)))
(define (variable? x) (symbol? x))
(define (same - variable? v1 v2) ( and (variable? v1) (variable? v2) (eq? v1 v2)))
(define (sum? x)
  (let ((op (cadr x)))
    ( and (symbol? op) (eq? op ' +))))
(define (addend s) (car s))
(define (augend s) (caddr s))
(define (make - sum a1 a2)
  (cond (( = number? a1 0) a2)
        (( = number? a2 0) a1)
        (( and (number? a1) (number? a2)) ( + a1 a2))
        ( else
         (list a1 ' + a2))))
(define (product? x)
  (let ((op (cadr x)))
    ( and (symbol? op) (eq? op ' *))))
(define (multiplier x) (car x))
(define (multiplicand x) (caddr x))
(define (make - product a1 a2)
  (cond (( or ( = number? a1 0) ( = number? a2 0)) 0)
        (( = number? a1 1 ) a2)
        (( = number? a2 1 ) a1)
        (( and (number? a1) (number? a2)) ( * a1 a2))
        ( else
          (list a1 ' * a2))))

测试下：

> (deriv ' (x + (3 * (x + (y + 2)))) ' x)
4
> (deriv ' (x + 3) ' x)
1
> (deriv ' ((2 * x) + 3) ' x)
2
> (deriv ' ((2 * x) + (3 * x)) ' x)
5

习题2.59，求集合的交集，遍历集合set1，如果(car set1)不在集合set2中，就将它加入set2，否则继续，当集合set1为空时返回set2。

(define (union - set set1 set2)
  (cond ((null? set1) set2)
        ((null? set2) set1)
        ((element - of - set? (car set1) set2) set2)
        ( else
          (union - set set1 (cons (car set1) set2)))))

习题2.60，需要修改的仅仅是adjoin-set：

(define (adjoin - set x set)
(cons x set))

效率由原来的n变成常量。其他操作的效率与原来的一样。有重复元素的集合，比如成绩单、钱币等等。

习题2.61，关键点就是在于插入元素后要保持集合仍然是排序的，如果x小于(car set)，那么最小的就应该排在前面了，如果大于(car set)，那么将(car set)保留下来，继续往下找：

(define (adjoin - set x set)
  (cond ((null ? set) (list x))
        (( = x (car set)) set)
        (( < x (car set)) (cons x set))
        ( else
           (cons (car set) (adjoin - set x (cdr set))))))

习题2.62，与求交集类似：

(define (union - set set1 set2)
  (cond ((null ? set1) set2)
        ((null ? set2) set1)
        ( else
         (let ((x1 (car set1))
               (x2 (car set2)))
           (cond (( = x1 x2)
                  (cons x1
                        (union - set (cdr set1) (cdr set2))))
                 (( < x1 x2)
                  (cons x1
                        (union - set (cdr set1) set2)))
                 (( > x1 x2)
                  (cons x2
                        (union - set set1 (cdr set2)))))))))

测试下：

> (define set1 (list 2 3 4 5 9 20 ))
> (define set2 (list 1 2 3 5 6 8 ))
> (union - set set1 set2)
( 1 2 3 4 5 6 8 9 20 )

习题2.63，其实两个变换过程都可以看成是对树的遍历
a)通过测试可以得知，产生一样的结果，两者都是中序遍历二叉树，书中图的那些树结果都是(1 3 5 7 9 11)
b)对于tree->list-1过程来说，考虑append过程，并且每一步并没有改变搜索规模，而append的增长阶是O(n)，因此tree->list-1的增长阶应该是O(n2)，n的二次方
而对于tree-list-2过程，增长阶显然是O(n)

习题2.64，这题非常有趣，用一个数组构造一棵平衡的树，显然，方法就是将数组对半拆分，并分别对两个部分进行构造，这两个部分还可以拆分直到遇到数组元素（左右子树都是'())，中间元素作为entry。这个过程可以一直递归下去。这里采用的正是这种方式
a)解释如上，(1 3 5 7 9 11)将形成下列的二叉树：
        5
       / \
      1    9
       \ / \
3 7   11
显然，列表的对半拆分，以5作为根节点，然后左列表是(1 3)，右列表是(7 9 11)，左列表拆分就以1为节点，右列表拆分以9为节点，其他两个为子树。

b)仍然是O(n)

习题2.65，很简单了，转过来转过去就是了：

(define (union-set-1 tree1 tree2)
  (list->tree (union-set (tree->list-2 tree1)
                         (tree->list-2 tree2))))
(define (intersection-set-1 tree1 tree2)
  (list->tree (intersection-set (tree->list-2 tree1)
                                (tree->list-2 tree2))))

习题2.66，与element-of-set?类似：

(define (lookup given-key set-of-records)
  (cond ((null? set-of-records) #f)
        ((= given-key (key (entry set-of-records))) (entry set-of-records))
        (( < given-key (key (entry set-of-records)))
           (lookup given-key (left-branch set-of-records)))
        (( > given-key (key (entry set-of-records)))
           (lookup given-key (right-branch set-of-records)))))

习题2.67，结果是(a d a b b c a) ，DrScheme字母符号是小写
习题2.68，使用到memq过程用于判断符号是否在列表中：

(define (encode-symbol symbol tree)
  (define (iter branch)
    (if (leaf? branch)
        '()
        (if (memq symbol (symbols (left-branch branch)))
            (cons 0 (iter (left-branch branch)))
            (cons 1 (iter (right-branch branch))))
        ))
  (if (memq symbol (symbols tree))
      (iter tree)
      (display "bad symbol -- UNKNOWN SYMBOL")))

习题2.69，因为make-leaf-set产生的已经排序的集合，因此从小到大两两合并即可：

(define (generate - huffman - tree pairs)
(successive - merge (make - leaf - set pairs)))
(define (successive-merge set)

  (if (= 1 (length set))

(car set)

(successive-merge 

(adjoin-set (make-code-tree (car set) (cadr set)) (cddr set)))))

习题2.70，利用generate-huffman-tree和encode过程得到消息，使用length测量下消息长度就知道多少位了：

(define roll - tree (generate - huffman - tree ' ((A 2) (NA 16) (BOOM 1) (SHA 3) (GET 2) (YIP 9) (JOB 2) (WAH 1))))
(define message (encode
' (Get a job Sha na na na na na na na na Get a job Sha na na na na na na na na Wah yip yip yip yip yip yip yip yip yip Sha boom)
roll - tree))

> ( length message)
84

通过huffman编码后的位数是84位，如果采用定长编码，因为需要表示8个不同符号，因此需要log2(8)=3位二进制，总位数至少是36*3=108位，压缩比为22.22%

习题2.71，很显然，最频繁出现的符号肯定在根节点下来的子树，位数是1，而最不频繁的符号是n-1位

文章转自庄周梦蝶，原文发布时间2007-07-03

sicp 2.3小结习题尝试解答

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