故障树算法JAVA实现

故障树算法的介绍：

【排版出问题了，代码请点代码框上方的view plain查看】

对于图1这样一个故障树的最小割集的计算，我的思路是采用下行法和素数法：

图1 故障树示意图

所谓的下行法基本原理是故障树中的或门增加割集数目，与门增加割集的容量。从故障树的顶事件开始，由上到下，顺次把上一级事件置换为下一级事件，遇到与门就将输入事件横向并列写出，遇到或门就将输入事件竖向串联写出，直到把全部逻辑门都置换成底事件为止，此时最后一列代表所有割集，割集吸收得到最小割集采用素数法，其思想就是给每个底事件赋一素数，割集相除去掉能作为被除数的割集，从而得到最小割集。这部分实现起来比较容易，不做深入讲解。具体分析步骤如表1所示：

表1 最小割集分析步骤

以下是一些对于存储数据的一些定义，在一个实例中的运算过程【这是后来编辑的，之前看的朋友不好意思了】

【我就不明白了CSDN这编辑功能怎么这么烂】190-380行手动编辑的，还出问题，要疯了。。。

不想整了，直接上传了源码，链接【http://download.csdn.net/detail/conquerwave/5713163】注释乱码了，参考下文的源码

代码中使用的存储结构所对应的树结构：

结点号	子结点数	运算符	子节点号	同左	同左
0	2	-1	1	10
1	3	-2	2	3	4
2	2	-1	5	6
3	2	-1	7	8
4	2	-1	9	10
5	0	0
6	0	0
7	0	0
8	0	0
9	0	0
10	0	0
11	2	-2	13	14
12	0	0
13	0	0

<pre name="code" class="java">/** To change this template, choose Tools | Templates* and open the template in the editor.* author: inmen.wang* mail: hugewave@yeah.net* build date: 2012.11.25* last edit: 2012.11.27*/
package mytree;/**** @author Administrator*/
public class MyTree {//private static int counter = 0;private static int subtree;        // 保存有多少个子树private static String[] label = new String[100];      // 对应该节点名称  private static int[][] treemap = new int[100][50];       // 保存树的对应关系private static int[][] subnode = new int[500][100];       // 保存所有割集，不去除重复，不用素数法去除private static int[][] middletable = new int[100][20];private static int middletable_n;private static int subnode_n;                                //记录相对应（subnode）割集数private static int [][] subnode_sole = new int[400][20];       // 保存所有割集，去除重复，不用素数法去除private static int subnode_sole_n;                                //记录相对应（subnode_sole）割集数private static int[][] subnode_result = new int[300][20];       // 保存所有割集，最张结果private static int subnode_result_n;                                //记录相对应（subnode_result）割集数private static int[][] subnode_ouput = new int [100][50];private static int subnode_output_n;private static int[] prime = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47};/*** @param args the command line arguments*/public static void main(String[] args) {/********************************************************************************************************** 示例数据* */int subt = 13;int[][] tree;tree = new int[][]{{2, -1, 1, 11},       // 0{3, -2, 2, 3, 4},     // 1{2, -1, 5, 6},        // 2{2, -1, 7, 8},        // 3{2, -1, 9, 10},       // 4{0, 0},              // 5{0, 0},              // 6{0, 0},              // 7{0, 0},              // 8{0, 0},              // 9{0, 0},              // 10{2, -2, 12, 13},      // 11{0, 0},              // 12{0, 0}};             // 13String[] lab = new String[]{"T", "H2", "H4", "H5", "H6", "X7", "X2", "X7", "X3", "X2", "X3", "H3", "X4", "X5"};/*************************************the end 示例数据****************************************************/MyTree.getSubTree(subt);MyTree.getLabel(lab);MyTree.getTreeMap(tree);// 显示保存的故障树for(int i = 0; i <= subt; i ++){for(int j = 0; j<=MyTree.treemap[i][0]+1; j++){System.out.print(MyTree.treemap[i][j]+" ");}System.out.println();}System.out.println("******************************");//calLayer();MyTree.getAllSubNode();buildupMiddleTable();MyTree.cutRepet();MyTree.getEnd();//System.out.println(subtree);}public static void getSubTree(int subt) {MyTree.subtree = subt;}public static void getLabel(String[] lab){for(int i = 0; i < lab.length; i ++){MyTree.label[i] = lab[i];}}public static void getTreeMap(int[][] tree){for (int i = 0; i < tree.length; i++) {for(int j = 0; j <= tree[i][0]+1; j ++){MyTree.treemap[i][j] = tree[i][j];}}}private static void getAllSubNode(){MyTree.calculateAllSubNode(treemap[0]);printArray(subnode, subnode_n, 5);}/************************************ 计算出所有最小割集并存入subnode[][]数组* */private static void calculateAllSubNode(int[] arr){int position = feedbackPosition(arr);int men_p = position+1;int new_position = position;int length = getMyArrayLength(arr);if(position == length)// 如果当前位置和数组长度相等，则说明数组中已经没有门记号{//printArray1V(arr, 0, length+1);     subnode[subnode_n][0] = length+1;MyTree.copyArray1V(arr, 0, length+1, subnode[subnode_n++], 1);}else if(arr[men_p]==-1)         // or{// 如果门记号为或门则需要对每个符号建立新的数组for(int i = men_p+1; i <= men_p +arr[position]; i ++){int[] array = new int[100];MyTree.copyArray1V(arr, 0, position-1, array, 0);if(treemap[arr[i]][0] == 0){array[position] = arr[i];new_position = position+1;}else{MyTree.copyArray1V(treemap[arr[i]], 0, treemap[arr[i]][0]+2, array, position);new_position =new_position+ (treemap[arr[i]][0]+2);}MyTree.copyArray1V(arr, position+arr[position]+2, length-position-arr[position]-2, array, new_position);calculateAllSubNode(array);}}else if(arr[men_p] == -2){int[] array = new int[100];MyTree.copyArray1V(arr, 0, position-1, array, 0);for(int i = men_p +1; i <= men_p + arr[position]; i ++){if (treemap[arr[i]][0] == 0) {array[new_position] = arr[i];new_position = position+1;}else{MyTree.copyArray1V(treemap[arr[i]], 0, treemap[arr[i]][0]+2, array, new_position);new_position += treemap[arr[i]][0]+2;}}MyTree.copyArray1V(arr, position+arr[position]+2, length-position-arr[position]-2, array, new_position);calculateAllSubNode(array);}}private static void buildupMiddleTable(){int[] temp = new int[label.length];for(int i = 1; i <= subtree; i ++){if(treemap[i][0] == 0)          // 后续无节点，则判断此末节点是否需要存入middletable{// if(temp[i] == 0)                   //检察名字是否已经存在于middletable中, 不存在则另起一行存入{middletable[middletable_n][0] ++;middletable[middletable_n][middletable[middletable_n][0]] = i;temp[i] = 1;for(int j = 0; j < subtree; j ++)      // 如果是本身则向后移一个单位{if(i == j)                  // 如果是本身则向后移一个单位{j++;}//int len = label.length;if(j<subtree)          // 判断是否超出数组长度{      if(compareStr(label[i], label[j]) == 0 && temp[j] == 0){middletable[middletable_n][0] ++;middletable[middletable_n][middletable[middletable_n][0]] = j;//middletable_n++;temp[j] = 1;}}}middletable_n++;}}}// 添加素数和行号for(int i = 0; i < middletable_n; i ++){middletable[i][middletable[i][0]+1] = prime[i];middletable[i][middletable[i][0]+2] = i;}printArray(middletable, middletable_n, 5);}/**************************************** 去除重复割集，并存入subnode_sole[][]数组* * ************************************/private static void cutRepet(){// 利用middletable替换不同编号的相同项//int tempflag[][]  = new int[subnode_n][50];         // the number 50 maybe need changedfor(int i = 0; i < subnode_n; i ++){// 第0列直接拷贝过来subnode_sole[i][0] = subnode[i][0];for(int j = 1; j <= subnode[i][0]; j++){int tempflag = 0;for(int k = 0; k <middletable_n;k++){// 判断当前编号是否是在buildtable中的第1列if(subnode[i][j] == middletable[k][1])// 在第1列则不用替换{tempflag = 1;}}if(tempflag == 0)// 如果不是第1列则需要寻找存在于第几行中{for(int m = 0; m < middletable_n; m ++){for(int n = 2; n <= middletable[m][0]; n ++){if(subnode[i][j] == middletable[m][n]){subnode_sole[i][j]= middletable[m][1];n = middletable[m][0];}}}}else// 如果不是第1列则需要替换{subnode_sole[i][j] = subnode[i][j];}}}subnode_sole_n = subnode_n;//printArray(subnode_sole, subnode_sole_n, 5);// 消除一行中的重复项for(int i = 0 ; i < subnode_sole_n; i ++){for (int j = 1; j < subnode_sole[i][0]; j++){for(int k = j+1; k <= subnode_sole[i][0]; k ++){if(subnode_sole[i][j] == subnode_sole[i][k] && subnode_sole[i][k] != -1){subnode_sole[i][k] = -1;}}}for(int j = 1; j < subnode_sole[i][0]; j ++){int k = j+1;if(subnode_sole[i][j] == -1){if(subnode_sole[i][k] != -1){subnode_sole[i][j] = subnode_sole[i][k];subnode_sole[i][k] = -1;subnode_sole[i][0]--;}else{k++;}}}if(subnode_sole[i][subnode_sole[i][0]] == -1){subnode_sole[i][0] --;}}//printArray(subnode_sole, subnode_sole_n, 5);// 行排序for(int i = 0; i < subnode_sole_n; i ++){for(int j = 0; j < subnode_sole[i][0]; j++){for(int k = 1; k < subnode_sole[i][0]; k ++){if(subnode_sole[i][k]>subnode_sole[i][k+1]){int temp= subnode_sole[i][k+1];subnode_sole[i][k+1] = subnode_sole[i][k];subnode_sole[i][k] = temp;}}}}// 消除相同行for(int i = 0; i <subnode_sole_n-1; i ++){for(int j = i+1; j < subnode_sole_n; j++){int temp = compareArray(subnode_sole[i], subnode_sole[i][0], subnode_sole[j], subnode_sole[j][0]);if( temp == 0 && subnode_sole[i][0]!=0){subnode_sole[j][0] = 0;}}}for(int i = 0; i < subnode_sole_n; i ++){if(subnode_sole[i][0]!=0){for(int j = 0; j <= subnode_sole[i][0]; j++){subnode_result[subnode_result_n][j] =subnode_sole[i][j];}subnode_result_n++;}}//printArray(subnode_sole, subnode_sole_n, 5);printArray(subnode_result, subnode_result_n, 5);}/******************************************** 用素数法，获得最终割集并存入subnode_result[][]数组* **************************************/private static void getEnd(){// 生成映射队列 防止编号过大，素数数量不够用int[] map= new int[200];int number = 0;for(int i = 0; i < subnode_result_n; i ++){for(int j = 1; j <= subnode_result[i][0]; j++){if(map[subnode_result[i][j]] ==0){map[subnode_result[i][j]] = number;number++;}}}for(int i = 0; i < subnode_result_n; i ++){int multi = 1;for(int j = 1; j <= subnode_result[i][0]; j ++){multi *= prime[map[subnode_result[i][j]]];}subnode_result[i][subnode_result[i][0]+1] = multi;}// 消除能非最小时素数积项for(int i = 0; i < subnode_result_n-1; i ++){for(int j = 0; j < subnode_result_n && i!=j; j ++){int tt = subnode_result[i][subnode_result[i][0]+1]%subnode_result[j][subnode_result[j][0]+1];if(tt == 0 && subnode_result[j][0] !=0 ){subnode_result[i][0] = 0;}}}printArray(subnode_result, subnode_result_n, 5);subnode_output_n = 0;for(int i = 0;i < subnode_result_n; i ++){if(subnode_result[i][0] != 0){for(int j = 0;j <= subnode_result[i][0]; j ++){subnode_output[subnode_output_n][j] = subnode_result[i][j];}subnode_output_n ++;}}printArray(subnode_ouput, subnode_output_n, 5);}private static void printArray(int[][] arr, int x, int y){for(int i = 0; i < x; i ++){for(int j = 0; j < y; j ++){System.out.print(arr[i][j]+" ");}System.out.println();}System.out.println("******************************");}/** 从数组str1 sx1起拷备长度为len到str2 从sx2起*/private static void copyArray1V(int[] str1, int sx1, int len, int[] str2, int sx2){//for(int i = sx1; i <= sx1+len; i++)for(int i = 0; i <= len; i++){str2[sx2+i] = str1[sx1+i];}}/** example : array as 2 -1 1 11* return 3*/private static int getMyArrayLength(int[] myarr){int i = 0;//while（myarr[i] != 0)while (myarr[i] != 0) {  i ++;}return i-1;    }/** example: array as 2 -1 1 11* return 0*          array as 2 2 12 13* return 3* 位置定位为数组中第一个门记号位置前一位*/private static int feedbackPosition(int[] arr){int i = 0;while (arr[i]>0 && arr[i]!= 0) {            i++;}return i-1;}private static String[] cutRepetName(String[] orig, int len){String[] temps = new String[orig.length];//temps[0] = orig[0];int k = 1;int length = len;for(int i = 1; i <= len; i ++){String ss = orig[i];int sum = 0;for(int j = i+1; j <=len; j++){if(ss.equals(orig[j])) {//判断是否相同sum++;}}if(sum==0){temps[k] = orig[i];k ++;}else{length--;}}temps[0] = Integer.toString(length);return temps;}private static String[] sortStrings(String[] orig){String[] temp = orig;int start = 1;      // 第一个数据（即orig[0]）不进行排序String ss;int length = Integer.parseInt(orig[0]);for (int i = start; i < length; i++) {for (int j = start; j < length; j++) {int tt = compareStr(temp[j], temp[j+1]);if(tt == 1){ss = temp[j];temp[j] = temp[j+1];temp[j+1] = ss;}}}return temp;}private static int compareStr(String str1, String str2){char[] ch1 = str1.toCharArray();char[] ch2 = str2.toCharArray();if(ch1.length>ch2.length){return 1;}else if(ch1.length<ch2.length){return 2;} else{for(int i = 0; i <ch1.length; i ++){if(ch1[i] > ch2[i]) {return 1;}else if(ch1[i] < ch2[i]) {return 2;}//return 0;       // 返回0是要出问题的，相同项已经被排除了}}return 0;}private static int compareArrayString(String[] str1, String[] str2){int len1 = Integer.parseInt(str1[0]);int len2 = Integer.parseInt(str2[0]);if(len1 != len2){return 1;}else{int temp = 0;for(int i = 1; i < len1; i++){if(str1[i].equals(str2[i])){temp ++;}else{return 1;}}if(temp == (len1)){return 0;}}return 1;}/** if same return 0* else return 1*/private static int compareArray(int[] str1, int len1, int[] str2, int len2){if(len1 != len2){return 1;}else{for(int i = 0;i <= len1; i ++){if(str1[i] != str2[i]){return 1;}}}return 0;}
}

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