天梯赛 L1-009 N个数求和 (20 分)

该博客介绍了如何利用最大公约数(GCD)和最小公倍数(LCM)来解决求解有理数序列和的问题。通过C++代码示例展示了如何将每个分数转换为最简形式,并进行加法运算,最后输出结果。题目要求输出结果为整数部分和分数部分,分数部分要求是最简形式。博客强调了基础数学知识在编程中的应用。

天梯赛 L1-009 N个数求和 (20 分)


题目

本题的要求很简单,就是求N个数字的和。麻烦的是,这些数字是以有理数分子/分母的形式给出的,你输出的和也必须是有理数的形式。

输入格式

输入第一行给出一个正整数N(≤100)。随后一行按格式a1/b1 a2/b2 ...给出N个有理数。题目保证所有分子和分母都在长整型范围内。另外,负数的符号一定出现在分子前面。

输出格式:

输出上述数字和的最简形式 —— 即将结果写成整数部分 分数部分,其中分数部分写成分子/分母,要求分子小于分母,且它们没有公因子。如果结果的整数部分为0,则只输出分数部分。

测试样例

输入样例1:

5
2/5 4/15 1/30 -2/60 8/3

输出样例1:

3 1/3

输入样例2:

2
4/3 2/3

输出样例2:

2

输入样例3:

3
1/3 -1/6 1/8

输出样例3:

7/24

简单分析:

  • 就是gcd和lcm的应用,如何求最小公约数和最大公倍数的数学问题。积累一下!

代码

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cmath>

using namespace std;

int gcd(int a, int b) {
	return b ? gcd(b, a % b) : a;
}

int main() {
	int n, a, b;
	scanf("%d%d/%d", &n, &a, &b); // 读入总个数以及第一个分式
	int divisor = gcd(a, b);
	if (divisor) { // 第一个分式约简
		a /= divisor;
		b /= divisor;
	}
	// 读入后续的分数
	for (int i = 1; i < n; i++) {
		int c, d;
		scanf("%d/%d", &c, &d);
		int lcm = b * d / gcd(b, d); // 得到最小公倍数
		a = a * lcm / b + c * lcm / d; // 将第一个分数与后续读入的通分后相加
		b = lcm;
		// 约简
		divisor = gcd(abs(a), abs(b));
		if (divisor) {
			a /= divisor;
			b /= divisor;
		}
	}

	if (a && a / b == 0) printf("%d/%d\n", a, b);
	else if (a % b == 0) printf("%d\n", a / b);
	else printf("%d %d/%d\n", a / b, a % b, b);

	return 0;
}

总结感悟

  • 是一道非常基础的数学题目,要多积累基础知识。
### 解决方案 对于PTA天梯赛训练集中的L1-009 N个数求和问题,在C++中可以通过定义结构体来存储数并编写函数处理加法运算以及化简操作。下面展示了一个完整的解决办法。 #### 定义数据结构与辅助功能 为了方便表示数,可以创建一个名为`Fraction`的结构体用于保存(`numerator`)(`denominator`)两个成员变量;同时提供构造函数初始化对象,并重载流插入运算符以便于输出显示[^1]。 ```cpp #include <iostream> using namespace std; struct Fraction { int numerator; int denominator; // 构造函数 Fraction() : numerator(0), denominator(1) {} Fraction(int num, int deno): numerator(num), denominator(deno){ simplify(); } void simplify(){ if (this->denominator != 0 && this->numerator != 0){ int gcd_val = __gcd(abs(this->numerator), abs(this->denominator)); this->numerator /= gcd_val; this->denominator /= gcd_val; if (this->denominator < 0){ // Ensure the sign is on top this->numerator *= -1; this->denominator *= -1; } }else{ this->numerator = 0; this->denominator = 1; } } friend ostream& operator<<(ostream &os, const Fraction &f); }; // Overload << to output fraction objects easily. ostream& operator<<(ostream &os, const Fraction &f){ os<< f.numerator << "/" << f.denominator; return os; } ``` #### 主逻辑实现 接下来是主程序部,这里读取输入直到遇到文件结束标志EOF为止。每次迭代都会先获取当前测试案例的数量n,之后循环读入每一个数字符串形式的数据转换为对应的`Fraction`实例加入到向量容器之中准备后续计算。最后遍历所有项累加得到最终结果后打印出来即可完成整个流程[^2]。 ```cpp int main() { vector<Fraction> fractions; while(true){ string line; getline(cin,line); if(line.empty()) break; stringstream ss(line); size_t count; ss >> count; for(size_t i=0 ;i<count;++i){ char slash; int numer, denom; ss>>numer>>slash>>denom; fractions.emplace_back(numer,denom); } // Calculate LCM of all denominators first long long lcm = 1LL *fractions.front().denominator; for(auto it=fractions.begin()+1;it!=fractions.end();++it){ lcm=(lcm*(*it).denominator)/__gcd(lcm , (*it).denominator ); } // Sum up all numerators after converting them into same base using calculated LCM long long total_numerator=0; for(const auto& frac:fractions){ total_numerator+=frac.numerator*(lcm/frac.denominator); } cout<<Fraction(total_numerator,lcm)<<endl; // Clear input buffer and prepare for next test case cin.clear(); cin.ignore(INT_MAX,'\n'); fractions.clear(); } return 0; } ``` 此段代码实现了对多个带符号有理数相加以获得其简化后的表达式的功能。通过构建合理的类封装了必要的属性和行为使得整体架构清晰易懂易于维护扩展[^3]。
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