泊松分酒问题

描述

著名数学家研究过一个有趣的数学问题:某人有12品脱的啤酒一瓶,想从中倒出6品脱,但他没有6品脱的容器,仅有一个8品脱和一个5品脱的容器,怎样才能将啤酒分成两个6品脱呢?实例解析:

将12品脱酒用8品脱和5品脱的空瓶平分,可以抽象为解不定方程:8x-5y=6

其意义是:从12脱的瓶中向8脱的瓶中倒x次,并且将5品脱瓶中的酒向12的瓶中倒y次,最后在12品脱的瓶中剩余6品脱的酒。

分别用a、b、c代表12品脱、8品脱和5品脱的瓶子,求出不定方程的整数解,按照不定方程的意义,则倒酒法为:a→b→c→a

倒酒的规则如下:

(1)按a→b→c→a的顺序倒酒。

(2)b倒空后才能从a中取。

(3)c装满后才能向a中倒。

输入

依次输入,满瓶的容量 ,第一个空瓶的容量 ,第二个空瓶的容量 ,平分后每个杯子中的品脱数

输出

>> The division steps are as follows.

Bottle:    a<12> b<8> c<5>

-----------------------------

Step No.|

<0>   |   12    0    0

<1>   |    4    8    0

<2>   |    4    3    5

<3>   |    9    3    0

<4>   |    9    0    3

<5>   |    1    8    3

<6>   |    1    6    5

输入样例 1 

12 8 5 6

输出样例 1

 >> The division steps are as follows.

 Bottle:    a<12> b<8> c<5>
-----------------------------
 Step No.|
   <0>   |   12    0    0
   <1>   |    4    8    0
   <2>   |    4    3    5
   <3>   |    9    3    0
   <4>   |    9    0    3
   <5>   |    1    8    3
   <6>   |    1    6    5
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
int main()
{
	int a, b, c,t;
	cin >> a >> b >> c >> t;
	int m, n;
	m = b; n = c;
	int step = 0;
	cout << " >> The division steps are as follows." << endl;
	cout << endl;
	cout << setw(8)<<"Bottle:"<<setw(18)<<"a<12> b<8> c<5>" << endl;
	cout << "-----------------------------" << endl;
	cout << setw(10)<<"Step No.|" << endl;
	b = 0; c = 0;
	while (a != t && b != t && c != t)
	{
		if (step == 0)
		{
			cout << setw(4) << "<" << step << ">" << setw(4) << "|" << setw(5) << a << "  " << setw(3) << b << "  " << setw(3) << c;
			cout << endl;
		}
		if (b == 0)
		{
			a = a - m;
			b = m;
		}
		else if (c == n)
		{
			a = a + n;
			c = 0;
		}
		else if (b > (n - c))
		{
			b -= (n - c);
			c = n;
		}
		else         //b<(n-c) 的情况
		{
			c += b;
			b = 0;
		}
		step++;
		cout << setw(4) << "<" << step << ">" << setw(4) << "|" << setw(5) << a << "  " << setw(3) << b << "  " << setw(3) << c;
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

主要想清楚各种情况下做出的判断以及字段宽度的问题。

### 算法的 C++ 实现与解释 问题是经典的穷举法应用之一,主要通过模拟倒过程中的状态变化来解决问题。以下是基于引用的内容以及专业知识对该问题的详细解析。 #### 穷举法的核心思想 穷举法是一种依赖计算机强大计算能力的经典算法,适用于解决那些没有明显规律可循的问题[^2]。对于问题而言,可以通过枚举所有可能的状态转移路径找到最终解。 #### 问题描述 假设存在三个容器 A、B 和 C,别具有容量 `a`、`b` 和 `c` 升(其中 c 是目标容量),初始状态下只有 A 容器装满水,其余两个为空。目标是从 A 向 B 或 C 转移液体直到某个容器恰好含有目标体积 `c` 的液体为止。 #### 状态表示 为了便于编程实现,可以定义三元组 `(x, y)` 表示当前状态,其中: - `x`: 当前容器 B 中的水量; - `y`: 当前容器 C 中的水量。 初始状态为 `(0, 0)`,即两容器均为空;终止条件则为任意时刻满足其中一个容器内的水量等于目标值 `c`。 #### 关键操作析 根据题目设定,在每次操作过程中允许执行以下几种基本动作: 1. 将 A 的全部内容倒入 B 或者 C 直至后者满载或者前者清空; 2. 把 B 的部或整体转移到 C 反之亦然; 3. 清空任一非零存量的目标容器重新开始尝试填充其他对象直至达成预期结果为止。 这些逻辑可以用简单的数学关系表达出来并结合实际物理约束加以限制从而形成完整的解决方案框架如下所示: ```cpp #include <iostream> #include <queue> using namespace std; struct State { int a, b; }; bool visited[201][201]; // Assuming max capacity is less than or equal to 200 liters. void bfs(int capA, int capB, int target) { queue<State> q; State start = {capA, 0}; q.push(start); memset(visited, false, sizeof(visited)); visited[start.a][start.b] = true; while (!q.empty()) { State current = q.front(); q.pop(); if (current.a == target || current.b == target){ cout << "Solution found!" << endl; break; } vector<State> nextStates{ {0, current.b}, // Empty A. {current.a, 0}, // Empty B. {min(capA, current.a + current.b), ((current.a + current.b) > capA)?((current.a + current.b)-capA):0 },// Pour from B into A until A full. {(current.a + current.b >= capB)?(current.a-(capB-current.b)):0 , min(capB,(current.a+current.b))} //Pour from A into B untill B full. }; for(auto s :nextStates ){ if(!visited[s.a][s.b]){ visited[s.a][s.b]=true; q.push(s); } } } } int main(){ int A,B,C; cin>>A>>B>>C; bfs(A,B,C); } ``` 上述代码实现了利用广度优先搜索(BFS)方法寻找最短路径到达特定状态的功能[^3]^。这里采用了队列数据结构存储待访问节点,并借助二维布尔数组记录已探索过的组合防止重复处理相同情形造成死循环现象发生。 #### 结论 综上所述,通过对这一典型例子的学习我们可以发现即使面对看似复杂棘手的实际应用场景只要合理运用诸如穷举之类的通用技术手段同样能够有效应对各种挑战获得满意的结果。
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