C++ 中在七段显示器中使用最少段查找元素

七段数码管是一种电子显示设备，它使用七个独立的段来表示数字和一些字母字符。这些段中的每一个都用字母 a 到 g 标记。液晶显示器、计算器和电子测量设备经常使用七段数码管来显示数字。

这些显示器中的每个段都构成从零到九的数字。本文的主要目的是确定给定数字集中显示所需段数最少的数字。

下面是每个数字使用的段数：

从上表可以看出，数字 1 所需的段数最少（2）。

问题陈述

分析零到九的数字中，哪个数字构成七段数码管所需的段数最少。如果段数最少有多个数字，则返回数值最小的数字。

七段数码管表示法

示例 1

让我们举一个例子，在 C++ 中使用最少的段来查找七段数码管中的元素。

基本的迭代方法

1. 设置一个 数组，其中存储每个数字的段数。
2. 遍历提供的数字集，选择段数最少的那个数字。
3. 如果有两个或多个数字具有相同的段数，则选择数值最小的那个。

代码实现

输出

Digit using minimum segments: 1   

说明

• 在这个例子中，我们定义了一个数组 segmentCount[10]，用于存储每个数字的段数。
• 函数 findMinSegmentDigit()
  • 遍历给定的数字。
  • 跟踪最小段数和对应的最小数字。
• main() 函数 初始化一个示例数字向量，并调用 findMinSegmentDigit() 来确定结果。

示例 2

让我们再举一个例子，在 C++ 中使用最少的段来查找七段数码管中的元素。

面向对象和排序方法

1. 使用数组存储每个数字的段数。
2. 使用类来表示一个数字，包含属性：值和段数。
3. 根据段数和数值对数字进行排序。
4. 使用 STL 进行高效排序。
5. 处理用户动态输入。

代码实现

输出

Enter the number of digits: 6
Enter 6 digits (0-9): 3 5 7 1 9 0
Digit using minimum segments: 1   

示例 3

让我们再举一个例子，在 C++ 中使用最少的段来查找七段数码管中的元素。

优化的单次遍历方法

1. 在数组中预计算段数，以便进行常数时间查找。
2. 遍历输入列表一次，以确定具有
   • 最小段数的数字。
   • 如果存在平局，则选择最小的数值。
3. 以 O(n) 的时间复杂度返回结果。

代码实现

输出

Enter the number of digits: 6
Enter 6 digits (0-9): 3 5 7 1 9 0
Digit using minimum segments: 1   

七段数码管的应用

C++ 中七段数码管的几个应用如下：

1. 电池供电设备的功耗优化

• 用例：数码时钟、计算器、智能电表和手表使用七段数码管。
• 好处：设备可以在可能的情况下用最少的段来显示数字，例如，在电池寿命较短的情况下，3 可以显示为 1。
• 示例：计算器的低功耗模式可能会选择在某些情况下显示 1 而不是 7 或 8，从而降低功耗。

2. 经济高效的数字标牌

• 用例：超市的 LED 广告牌和电子价格标签。
• 好处：不经常使用的 LED 段会增加耐用性，并能通过延长使用寿命来提高成本效益。
• 示例：在动态调整价格时，加油站的价格显示板可能会在过程中优先选择使用 1 或 0 的数字，以节省时间和减少能耗。

3. 减少 LED 显示器的热量产生

• 用例：公共交通、电梯和工业计数器的数字显示器。
• 好处：由于减少了段的使用，能耗也随之降低。
• 示例：在电梯显示器中，当不需要某个段时，预设的程序会使 LED 降低亮度。

七段数码管的优点

C++ 中七段数码管的几个优点如下：

1. 更低的功耗和更高的能源效率

• 当设备处于不活跃段较少的功能状态时，可以优化功能，消耗更少的能量，这对于数码时钟、智能手表、计算器等供电/多媒体设备非常有效。

2. 设备寿命不断提高

• 减少显示 LED 的活动段会产生更少的热量，从而延长 LED 的寿命。
• 这对于长期的交通标志和工业显示用途非常有利。
• 示例：在车站的显示板上，当段未使用时，LED 面板 的寿命可以延长数年。

3. 低功耗设备的性能显著提升

• 微控制器、物联网设备和系统的功耗都对其消耗能力有严格的限制。
• 借助双段数字，系统处理负载降低，系统效率最大化。
• 示例：健身追踪器和医疗设备通过启用低段显示设置，可以在低电量模式下延长使用时间。

七段数码管的缺点

七段数码管的几个缺点如下：

1. 可读性和美观问题

• 当使用较少的段时，大型数字显示器上的数字可能难以辨认。
• 某些数字，如数字一，段数较少，但与背景的视觉区分度不足。
• 示例：在机场屏幕上，减少数字的段数会使从远处更难区分它们。

2. 用效率换取近似显示的准确性

• 在某些情况下，数字显示值的近似可能会导致悲观准确性增加的情况。
• 不适用于需要显示计数器（如股票市场板或医疗仪器）的区域。
• 示例：尽管显示 110/80 所需的段数比显示 120/80 少，但血压计绝不应显示十一比十。

3. 固定段数显示器的局限性

• 许多七段数码管的电路是硬接线的，因此，段照明的控制被限制在特定电路上。
• 旧型号无法灵活地减少特定图案中包含的段数，这可能会带来更大的经济效益。
• 在某些收银机和燃油泵显示器中可以看到这些图案，并且无法更改固定的段图案。

结论

总之，本文演示了如何通过选择段数最少的数字来优化七段数码管的设计。基于查找表和预计算段数数组的优化方法提供了一种有效的解决方案。这种方法在提高数字显示器的功耗效率等应用中也很有益。