UVA - 694 The Collatz Sequence(水题)

本文介绍了一个由Lothar Collatz提出的整数序列算法,并通过具体的输入输出样例展示了如何计算从任意正整数开始到终止条件出现为止的序列长度。
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  The Collatz Sequence 

An algorithm given by Lothar Collatz produces sequences of integers, and is described as follows:

Step 1:
Choose an arbitrary positive integer  A as the first item in the sequence.
Step 2:
If  A = 1 then stop.
Step 3:
If  A is even, then replace  A by  A / 2 and go to step 2.
Step 4:
If  A is odd, then replace  A by 3 *  A + 1 and go to step 2.

It has been shown that this algorithm will always stop (in step 2) for initial values of A as large as 109, but some values of A encountered in the sequence may exceed the size of an integer on many computers. In this problem we want to determine the length of the sequence that includes all values produced until either the algorithm stops (in step 2), or a value larger than some specified limit would be produced (in step 4).

Input 

The input for this problem consists of multiple test cases. For each case, the input contains a single line with two positive integers, the first giving the initial value of  A  (for step 1) and the second giving  L , the limiting value for terms in the sequence. Neither of these,  A  or  L , is larger than 2,147,483,647 (the largest value that can be stored in a 32-bit signed integer). The initial value of  A  is always less than  L . A line that contains two negative integers follows the last case.

Output 

For each input case display the case number (sequentially numbered starting with 1), a colon, the initial value for  A , the limiting value  L , and the number of terms computed.

Sample Input 

 3 100
 34 100
 75 250
 27 2147483647
 101 304
 101 303
 -1 -1

Sample Output 

 Case 1: A = 3, limit = 100, number of terms = 8
 Case 2: A = 34, limit = 100, number of terms = 14
 Case 3: A = 75, limit = 250, number of terms = 3
 Case 4: A = 27, limit = 2147483647, number of terms = 112
 Case 5: A = 101, limit = 304, number of terms = 26
 Case 6: A = 101, limit = 303, number of terms = 1
 
 
题目大意:
输入两个数A和L,按照以下进行循环运算,问最后结束循环时一共进行了多少次运算?

 
  1. 若A为1或者A>L,则推出。
  2. 若A为偶数,则A=A/2。
  3. 若A为奇数,则A=3*A+1。
注意:
  1. 最后的1也算一项。
  2. 如果某个A>limit,那么此项不计入。
  3. 3*A+1很可能会溢出,所以要用long long进行保存。


#include <stdio.h>

int main() {
	long long a,l,t;
	int cnt,cas = 1;
	while(scanf("%lld%lld",&a,&l) != EOF) {
		if(a == -1 && l == -1) {
			break;
		}
		cnt = 0;
		t = a;	
		while( a != 1 && a <= l) {
			if(a % 2 == 0) {
				a = a / 2;
			}else if(a % 2 == 1) {
				a = 3 * a + 1;
			}
			cnt++;
		}
		if(a == 1) {
			cnt++;
		}
		printf("Case %d: A = %lld, limit = %lld, number of terms = %d\n",cas++,t,l,cnt);
	}
	return 0;
}

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<think>好的,用户想了解如何用Python实现Collatz序列。首先,我需要回忆Collatz序列的定义。根据目中的引用[4],Collatz序列的规则是:给定一个正整数,如果它是偶数则除以2,如果是奇数则乘以3加1,直到变为1为止。这个过程需要记录每个步骤,直到最后得到1。 接下来,我需要参考用户提供的几个引用来看看不同的实现方法。引用[1]中的代码定义了一个collatz函数,使用循环来计算序列长度,但没有输出中间数值。而引用[2]和引用[3]则展示了不同的实现方式,有的使用了全局变量,有的在循环中直接输出结果。需要注意的是,用户提供的引用中有不同的写法,比如有的使用全局变量,有的在函数内部处理。 用户的需求是编写Python代码实现Collatz序列,所以需要明确是否需要输出序列的每一步数值,还是仅仅计算长度。根据引用[1]和引用[3],有些实现会返回长度,有些会打印步骤。可能需要提供两种方式,或者让用户选择。 另外,代码的健壮性也很重要。比如,引用[2]中的代码有输入验证,使用try-except来处理非数字输入。这点需要注意,应该在用户输入时进行检查,确保输入的是正整数。引用[3]的代码在循环中使用手动赋值进行调试,这可能对用户有帮助,但实际应用中可能需要更友好的输入方式。 综合这些信息,我应该分步骤来编写代码。首先定义生成序列的函数,然后处理输入输出。需要确保处理正整数,并且正确生成序列直到1。同时,根据用户提供的示例代码,可能需要避免使用全局变量,而是使用函数参数和返回值来传递数据。 可能的步骤是: 1. 编写一个函数,接收一个正整数n,生成Collatz序列,并返回序列的列表。 2. 处理用户输入,确保输入的是正整数。 3. 调用函数并输出序列和长度。 在实现时需要注意循环终止条件,当n等于1时停止。同时,每次循环都要将当前数值添加到列表中。输入验证部分,可以使用try-except结构来捕获非整数的输入,并提示用户重新输入。 另外,用户提供的引用中有不同的函数设计,比如有的返回长度,有的返回下一个数值。需要明确函数的功能,是否需要返回整个序列还是长度。根据用户的问,他们可能希望看到序列的生成过程,所以应该返回完整的序列列表。 测试代码时,需要考虑边界情况,比如输入1时,序列长度为0还是1?根据引用[4],当A为1时退出循环,所以序列只包含1,但根据问描述,可能序列结束条件是变为1,所以初始的1是否计入序列需要明确。例如,对于输入3,序列是3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1,长度为8个元素。 最后,根据用户提供的示例代码,可能需要展示两种实现方式:一种是只计算长度,另一种是输出每个步骤的值。用户的问可能更倾向于生成整个序列并显示,所以需要包含这两部分。 总结:实现Collatz序列需要处理输入验证,循环生成数值直到1,收集所有步骤,并输出结果。需要确保代码清晰,符合Python最佳实践,避免使用全局变量,并包含必要的错误处理。</think>### Python实现Collatz序列的步骤说明 Collatz序列(又称冰雹序列)的数学定义为:对于正整数$n$,若为偶数则$n_{next}=n/2$,若为奇数则$n_{next}=3n+1$,直到结果为1时停止。以下是实现步骤与代码示例: --- #### **第一步:定义序列生成函数** ```python def collatz_sequence(n): sequence = [n] while n != 1: if n % 2 == 0: n = n // 2 else: n = 3 * n + 1 sequence.append(n) return sequence ``` - 函数接收正整数参数`n` - 使用列表`sequence`记录每个步骤的值 - 循环执行规则直到$n=1$ --- #### **第二步:用户输入与验证** ```python def get_positive_integer(): while True: try: num = int(input("请输入一个正整数:")) if num > 0: return num else: print("输入必须大于0!") except ValueError: print("请输入有效的整数!") ``` - 使用`try-except`确保输入为整数 - 检查数值是否为正 --- #### **第三步:主程序调用** ```python if __name__ == '__main__': num = get_positive_integer() seq = collatz_sequence(num) print(f"Collatz序列:{seq}") print(f"序列长度:{len(seq)}") ``` - 示例输入`6`的输出: ``` Collatz序列:[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1] 序列长度:9 ``` --- ### **代码优化说明** 1. **避免全局变量**:使用函数参数和返回值代替全局变量(对比引用[2]和引用[3]的实现差异) 2. **输入验证**:比引用[1]更严格的输入检查,防止非正整数输入 3. **完整序列记录**:与引用[1]仅记录长度不同,本实现保留完整过程数据 ---
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