化学方程式自动配平的C++

好的，这里是一个简单的 C++ 代码示例，可以用于自动配平化学方程式：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <map>
#include <algorithm>

using namespace std;

struct Element {
    string name;
    int count;
};

bool operator<(const Element& a, const Element& b) {
    return a.name < b.name;
}

class Equation {
private:
    vector<Element> reactants, products;
    map<string, int> elementCounts;
    void parseFormula(vector<Element>& elements, const string& formula, int& pos) {
        while (pos < formula.size()) {
            int i = pos + 1;
            while (i < formula.size() && islower(formula[i])) ++i;
            string name = formula.substr(pos, i - pos);
            int count = 0;
            while (i < formula.size() && isdigit(formula[i])) {
                count = count * 10 + (formula[i] - '0');
                ++i;
            }
            if (count == 0) count = 1;
            elements.push_back({name, count});
            pos = i;
        }
    }
    void countElements() {
        for (auto& element : reactants) {
            elementCounts[element.name] -= element.count;
        }
        for (auto& element : products) {
            elementCounts[element.name] += element.count;
        }
    }
public:
    void addReactant(const string& formula) {
        int pos = 0;
        parseFormula(reactants, formula, pos);
    }
    void addProduct(const string& formula) {
        int pos = 0;
        parseFormula(products, formula, pos);
    }
    void balance() {
        countElements();
        vector<Element> elements;
        for (auto& [name, count] : elementCounts) {
            elements.push_back({name, count});
        }
        sort(elements.begin(), elements.end());
        int n = elements.size();
        vector<vector<int>> matrix(n, vector<int>(n + 1));
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            matrix[i][n] = -elements[i].count;
            for (int j = 0; j < n; ++j) {
                for (auto& element : (i < j ? reactants : products)) {
                    if (element.name == elements[j].name) {
                        matrix[i][j] += element.count;
                    }
                }
            }
        }
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            int k = i;
            for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
                if (abs(matrix[j][i]) > abs(matrix[k][i])) {
                    k = j;
                }
            }
            if (k != i) {
                swap(matrix[i], matrix[k]);
            }
            for (int j = i + 1; j <= n; ++j) {
                matrix[i][j] /= matrix[i][i];
            }
            for (int j = 0; j < n; ++j) {
                if (j != i) {
                    for (int k = i + 1; k <= n; ++k) {
                        matrix[j][k] -= matrix[j][i] * matrix[i][k];
                    }
                }
            }
        }
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            int factor = matrix[i][n];
            for (auto& element : (i < n / 2 ? reactants : products)) {
                if (element.name == elements[i].name) {
                    element.count *= factor;
                }
            }
        }
    }
    void print() const {
        for (auto& element : reactants) {
            cout << element.count << element.name << " + ";
        }
        cout << "\b\b -> ";
        for (auto& element : products) {
            cout << element.count << element.name << " + ";
        }
        cout << "\b\b" << endl;
    }
};

int main() {
    Equation equation;
    equation.addReactant("H2");
    equation.addReactant("O2");
    equation.addProduct("H2O");
    equation.balance();
    equation.print();
    return 0;
}

这个示例代码实现了化学方程式的自动配平功能，可以根据给定的反应物和生成物，计算出平衡后的反应方程式。具体实现过程是：

1. 将反应物和生成物分别解析为元素及其个数的列表；
2. 根据元素个数的守恒原则，计算出元素的总个数，并将其存储到一个映射表中；
3. 构造一个线性方程组，将元素的个数表示为未知数，并将方程组系数矩阵填充；
4. 使用高斯-约旦消元法求解方程组，得到每个元素的系数；
5. 根据每个元素的系数，计算出平衡后的反应方程式。

当然，这只是一个简单的示例代码，实际的化学方程式自动配平程序还需要考虑更多的细节和特殊情况。