使用数组和 for 循环，但不使用字符串或任何类 [关闭]

Question

void printEncodingCodonSequences (
            char aminoAcid1,
            char aminoAcid2,
            char aminoAcid3, 
            char aminoAcid4,
            char aminoAcid5
);

给定一个由 5 个氨基酸符号组成的蛋白质片段作为输入，打印出（在屏幕上）所有的 翻译成该蛋白质片段的不同密码子序列（每行一个序列）。输入可以在 在任何情况下，如果任何输入无效，该函数应在一行中打印“？”。

这是一个例子： 蛋白质片段 MWQWH 可以由这四个密码子序列翻译，因此输入：'M'，'W'，'Q'，'W'，'H'（或'm'，'W'，'q' , 'W', 'H')，该函数应打印以下内容：

ATGTGGCAATGGCAT
ATGTGGCAGTGGCAT
ATGTGGCAATGGCAC
ATGTGGCAGTGGCAC

我不希望你回答所有问题，只是提示如何去做。对于此任务，不允许使用任何字符串或任何容器类！有人告诉我必须对数组使用嵌套循环。

在这个项目中，蛋白质片段由5个氨基酸组成（输入作为它们的符号），如果氨基酸有超过1个密码子，它将在新行中打印。

Answer 1

鉴于您应该使用循环来实现这一点：这可以使用五个嵌套循环进行编程。在每个循环中，您将遍历 所有可能的翻译密码子三联体以获取一个氨基酸符号。这就是基本思想。

下面的伪代码可以作为开始：

for each translating codon triplet codon1 for aminoAcid1:
    for each translating codon triplet codon2 for aminoAcid2:
        for each translating codon triplet codon3 for aminoAcid3:
            for each translating codon triplet codon4 for aminoAcid4:
                for each translating codon triplet codon5 for aminoAcid5:
                    print codon1 + codon2 + codon3 + codon4 + codon5
                end for
            end for
        end for
    end for
end for

您现在要做的是使用原始数组在 C++ 中编写这些循环。对于每个氨基酸符号，您提前知道哪个（以及多少）密码子三联体是我们必须在循环中遍历的候选者。将它们存储为常量数组，并使用函数参数中提供的氨基酸在循环中访问该数组。

由于您不应该使用字符串和容器，因此您不得不使用 C 字符串（char 数组）和此类的原始数组在 C++ 中从上面对表格进行编码。伪代码中的变量 (codon1 ... codon5) 应该只是 const char*（C 字符串），并且可以使用 cout 或 printf 打印。

上面的表格可以写成一个数组，如下所示。请注意，我将表格的每一行都写为一个 C 字符串，它以编码氨基酸符号的字母开头，然后是一个三元组的“列表”。所有这些三元组都是以 0 结尾的（这使得将它们指向 C 字符串成为可能）。要遍历三元组，您只需找到空终止字符并将此指针加一。如果这个指针是非空的，就会有另一个三元组来。如果它是 null（请注意，在这些行的末尾，将添加另一个 null，因为它被添加到每个字符串文字中），这是最后一个三元组。

const char *codons[] = {
    "AGCT\0GCC\0GCA\0GCG\0",
    "RCGT\0CGC\0CGA\0CGG\0AGA\0AGG\0",
    // ...
    "*TAA\0TGA\0TAG\0"
};

使用从该表中找到正确行的实用函数，然后可以将循环写为（这里是第一个酸符号）：

for(const char *codon1 = codonRow(aminoAcid1); codon1 += strlen(codon1); codon1 != NULL) {
    ...
}

在这个循环中，初始化使用实用函数（见下文），它从表中返回行但不包括第一个字符（因此它指向给定酸的第一个密码子三元组）。递增操作只是将这个指针增加了 C 字符串长度（这将导致 codon1 正好指向下一个空终止字符之后）。如果这是 null，我们就完成了。

好消息是，在这个循环的每次迭代中，codon1 指向一个 C 字符串（嗯，它正好指向上面数组的字符串文字的中间）并且将被适当地终止。所以打印 codon1 只会打印 3 个字符。

这是上面循环中使用的实用函数，它在表中搜索特定字符并返回这一行：

const char *codonRow(char aminoAcid)
{
    for(int i = 0; i < sizeof(codons)/sizeof(*codons); ++i) {
        const char *row = codons[i];   // Fetch the row from the array
        if (row[0] == aminoAcid)       // Compare the amino acid symbol
            return row + 1;            // Remove the amino acid symbol
    }
    // error:
    std::cerr << "No such amino acid: " << aminoAcid << std::endl;
    return 0;
}

Answer 2

嗯，您想将氨基酸序列翻译成密码子序列。因此，您需要的第一件事是将氨基酸代码转换为密码子的表格。由于不允许使用类，因此表意味着数组。由于每个氨基酸可能转化为多个密码子，因此您需要一组数组：

#define MAX_CODONS  6   /* maximum number of codons for one amino acid */
char *AminoAcidCodons[26][MAX_CODONS+1] = {
    /* A */ { "GCT", "GCC", "GCA", "GCT", 0 },
    /* B */ { 0 },
    /* C */ { "TGT", "TGC", 0 },
          :
    /* Y */ { "TAT", "TAC", 0 },
    /* Z */ { 0 },
};

现在您可以使用循环将大写字母转换为密码子集：

for (i = 0; AminoAcidCodons[aminoAcid1 - 'A'][i]; i++) {
    /* AminoAcidCodons[aminoAcid1-'A'][i] is one of the codons that AminoAcid1 can be encoded as */
     :

要获得 5 种氨基酸的所有可能组合，您需要 5 个嵌套循环。要处理小写字母，您需要将它们翻译成大写字母。您还需要处理无效代码（非字母和没有相应密码子的字母）。函数isalpha 和toupper 可以在这里提供帮助。

Answer 3

好的，我将忽略您被告知确切有多少密码子，并描述一个更通用的解决方案。

您知道每个密码子正好转换为 3 个字符，因此您可以预先计算所需缓冲区的大小。在您的情况下，您当然可以使用固定大小的缓冲区。请记住为终止 NUL 字符留出空间。此输出缓冲区将是一个数组。看起来像这样：

void printEncodingCodonSequences(
        char aminoAcid1,
        char aminoAcid2,
        char aminoAcid3, 
        char aminoAcid4,
        char aminoAcid5         )
{
     char outputBuffer[16]; // 5 codons, exactly
     char codons[] = { aminoAcid1, aminoAcid2, aminoAcid3, aminoAcid4, aminoAcid5 };
     findCodonEncodingCombinations(outputBuffer, outputBuffer, codons, 5);
}

接下来，您需要将每个密码子映射到所有可能的序列，并针对给定的密码子重复此操作。因为这是一个组合问题，所以它非常适合递归。该函数采用第一个密码子，并遍历不同的可能编码。在每次迭代中，它都会再次调用自身来处理剩余的密码子。

int findCodonEncodingCombinations( char* outputBuffer, char* outputPos, char* codons, int remaining )
{
    if (remaining == 0) {
        *outputPos = 0;
        puts(outputBuffer);
        puts("\n");
        return 1;
    }

    int combinations = 0;

    switch (*codon) {
        case 'D': // GAT, GAC
        case 'd':
            outputPos[0] = 'G';
            outputPos[1] = 'A';
            outputPos[2] = 'T';
            combinations += findCodonEncodingCombinations(outputBuffer, outputPos + 3, codons + 1, remaining - 1);
            outputPos[2] = 'C';
            combinations += findCodonEncodingCombinations(outputBuffer, outputPos + 3, codons + 1, remaining - 1);
            break;
    }

    return combinations;
}

实际上，循环对于这个问题并不是特别有用。但是，您可以使用一个来验证所有输入是否有效，例如：

void printEncodingCodonSequences(
        char aminoAcid1,
        char aminoAcid2,
        char aminoAcid3, 
        char aminoAcid4,
        char aminoAcid5         )
{
     char outputBuffer[16]; // 5 codons, exactly
     char codons[] = { aminoAcid1, aminoAcid2, aminoAcid3, aminoAcid4, aminoAcid5 };
     if (!validateCodons(codons, 5)) return;
     findCodonEncodingCombinations(outputBuffer, outputBuffer, codons, 5);
}

bool validateCodons( char* codons, int count )
{
    while (count--) {  // it's a loop :)
        switch (*codons++) {
            case 'd':
            case 'D':
            //...
                break;

            default: // unrecognized codon
                puts("?\n");
                return false;
        }
    }

    return true;
}

显然，您需要填写许多其他密码子映射。