给出一个数字m,求满足m = a^3 + b^3(a,b为正整数)的所有整数对(分解素因子防超时)

本文介绍了一种通过分解素因子来高效求解形如m=a^3+b^3的整数对(a,b)的方法,避免了直接遍历所带来的超时问题。

题目连接:ZOJ-3673

题目大意:给出一个数字m,求满足m = a^3 + b^3(a,b为正整数)的所有整数对。

题目思路:

已知 m = a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)  ①

设 t = a + b; 

②代入①,因为 m =  (a+b)((a+b)23ab)

可得,n =  ab=(t2m/t)/3

–> a2+at+n=0 ; 求出a可得b

关键求m的约数即为(a+b)(以上from my son loy)

#include<bits/stdc++.h>
#define ll unsigned long long
#define maxn 2642246*2 //n=a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2),a和b都不大于3√(2^64)=2642245 
using namespace std;
struct node{
	int a,b; //n所含素因子和个数 
}x[maxn+2];
int noprime[maxn+2];
vector<int> isprime;
vector<pair<int,int> > ans;
ll n; 
int c;
map<int,int> r;
void gao(ll t){ //t=a+b
	if((t*t-n/t)%3!=0) return;
	ll m=(t*t-n/t)/3; //n=a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)=(a+b)((a+b)^3-3ab),m=a*b=(t^2-n/t)/3
	ll delta=t*t-4*m; //由a+b=t和a*b=m 得出 a^2-t*a+m=0 
	if(delta<0) return;
	double a=(t+sqrt(delta))/2.0;
	if(a>=t) return; //是否有一个≤0 
	if(a-(ll)a==0&&r[min(a,t-a)]==0){
		r[min(a,t-a)]=1;
		ans.push_back({min(a,t-a),max(a,t-a)});
	}
}
void dfs(int p,ll s){
	if(s>1&&s<=maxn)
		gao(s);
	if(p>c)
		return;
	ll ss=1;
	for(int i=0;i<=x[p].b;++i){
		dfs(p+1,s*ss);
		ss*=x[p].a;
	}
}
int main(){
	for(int i=2;i<=maxn;++i){
		if(noprime[i]==0){
			isprime.push_back(i);
			for(int j=i*2;j<=maxn;j+=i){
				noprime[j]=1;
			}
		}
	}
	while(~scanf("%llu",&n)){
		r.clear();
		ans.clear();
		ll tmp=n;
		c=-1;
		for(int i=0;i<isprime.size();++i){ //这里预处理素数可以防止超时,学习
			if(n%isprime[i]==0){
				int s=0;
				while(n%isprime[i]==0){
					s++;
					n/=isprime[i];
				}
				x[++c].a=isprime[i];
				x[c].b=s;
			}
			if(n==1)
				break;  //这句必须要加,否则超时!!! 
		} 
		if(n>1){
			x[++c].a=n;
			x[c].b=1;
		}
		n=tmp;
		dfs(0,1);
		sort(ans.begin(),ans.end());
		printf("%d",ans.size());
		for(int i=0;i<ans.size();i++){
            printf(" (%llu,%llu)",ans[i].first,ans[i].second);
        }
        printf("\n");
	}
	return 0;
}

之所以要分解素因子的原因在于,下面这个代码是会超时的:

#include<bits/stdc++.h>  
#define ll unsigned long long  
#define maxn (ll)2642246 //n=a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2),a和b都不大于3√(2^64)=2642245   
using namespace std;  
vector<pair<int,int> > v;  
map<ll,int> r;  
int main(){  
    ll n;  
    while(scanf("%llu",&n)!=EOF){ 
        v.clear();  
        r.clear();  
        for(ll t=2;t<=min((ll)pow(n,1.0/3)*2,maxn);++t){ //直接遍历所有t的可能值  
            if((t*t-n/t)%3!=0) continue;
		    ll m=(t*t-n/t)/3; //n=a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)=(a+b)((a+b)^3-3ab),m=a*b=(t^2-n/t)/3  
		    ll delta=t*t-4*m; //由a+b=t和a*b=m 得出 a^2-t*a+m=0   
		    if(delta<0) continue;  
		    double a=(t+sqrt(delta))/2.0;  
		    if(a>=t) continue; //是否有一个≤0   
		    if(a-(ll)a==0&&r[min(a,t-a)]==0){  
		        r[min(a,t-a)]=1;  
		        v.push_back({min(a,t-a),max(a,t-a)});  
		    }  
        }  
        sort(v.begin(),v.end());  
        printf("%d",v.size());  
        for(int i=0;i<v.size();++i)  
            printf(" (%d,%d)",v[i].first,v[i].second);  
        printf("\n");  
    }  
    return 0;  
}  
其实自己觉得两个复杂度差不多,第一个代码isprime.size()也有3w多,为什么超时我也不知道了。也许是卡在大数据多(一个3w多,一个20w多)

<think>根据用户的需,需要提供两个代码片段: 1. 打印所有水仙花数的代码(水仙花数是指一个3位数,其每个位上的数字3次幂之等于它本身) 2. 输入两个正整数最大公约数最小公倍数的代码 参考引用: 对于水仙花数,引用[2]引用[3]提供了C语言Java的代码,但用户没有指定语言,考虑到问题中提到的引用有CJava,而用户之前的问题也是混合的,这里我们选择用C语言Java两种语言提供,但用户要的是代码,所以我们可以提供两种语言的版本,或者根据常见情况选择一种。然而,用户并没有指定语言,因此我们可以提供两种语言的代码,但这样可能会使回答过长。因此,我们可以先提供一种常用语言的代码,比如C语言(因为引用[2]是C语言,并且代码较为简洁),然后再提供Java版本作为备选?但是用户要的是“相关代码或解决方案”,我们可以提供两种。 但注意,用户要的是“打印所有水仙花数”以及“输入两个正整数其最大公约数最小公倍数”的代码。 另外,引用[5]提供了用辗转相除法(欧几里得算法)最大公约数最小公倍数的C语言代码,这是一种高效的方法。 考虑到用户可能使用不同的语言,我们决定提供两种语言的代码:C语言Java。 但是,为了回答的简洁性,我们可以这样安排: 首先,对于水仙花数,我们提供C语言Java的代码。 其次,对于最大公约数最小公倍数,我们同样提供两种语言的代码,其中最大公约数使用高效的辗转相除法。 然而,用户的问题中并没有明确语言,我们可以选择最常用的两种。不过,用户引用的示例中有CJava,所以我们可以都提供。 但是,如果用户只需要一种,我们可以先提供C语言版本,再提供Java版本,并说明。 由于回答要结构清晰,我们可以分两个部分,每个部分提供两种语言的代码。 步骤: 1. 打印所有水仙花数 - C语言版本(引用[2]的代码,但需要修正,因为引用[2]中循环是从1到998,但水仙花数是三位数,因此范围应该是100到999) - Java版本(引用[3][4]中也有水仙花数的代码,但引用[3]并没有给出具体代码,引用[4]也没有,所以我们需要自己写) 2. 最大公约数最小公倍数 - C语言版本(使用引用[5]的辗转相除法) - Java版本(参考引用[3][4]的方法,但引用[3]的方法效率较低,我们可以用辗转相除法改进) 注意:水仙花数的定义是三位数,所以范围是100到999。 具体代码: 第一部分:打印水仙花数 C语言代码(修正自引用[2]): ```c #include <stdio.h> int main() { int i; int ge; // 个位 int shi; // 十位 int bai; // 百位 for (i = 100; i <= 999; i++) { // 水仙花数是三位数,所以从100到999 ge = i % 10; shi = i / 10 % 10; bai = i / 100; if (i == (ge*ge*ge + shi*shi*shi + bai*bai*bai)) { printf("%d\n", i); } } return 0; } ``` Java语言代码(参考标准写法): ```java public class NarcissisticNumber { public static void main(String[] args) { for (int i = 100; i <= 999; i++) { int ge = i % 10; int shi = i / 10 % 10; int bai = i / 100; if (i == (ge*ge*ge + shi*shi*shi + bai*bai*bai)) { System.out.println(i); } } } } ``` 第二部分:最大公约数最小公倍数 C语言代码(采用辗转相除法,引用[5]): ```c #include <stdio.h> // 最大公约数 int gcd(int a, int b) { int r; while (r = a % b) { a = b; b = r; } return b; } int main() { int a, b; scanf("%d %d", &a, &b); int x = gcd(a, b); // 最大公约数 int y = a * b / x; // 最小公倍数 printf("最大公约数:%d\n", x); printf("最小公倍数:%d\n", y); return 0; } ``` Java语言代码(使用辗转相除法): ```java import java.util.Scanner; public class GCDandLCM { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入第一个正整数: "); int a = sc.nextInt(); System.out.print("请输入第二个正整数: "); int b = sc.nextInt(); int x = gcd(a, b); int y = a * b / x; // 最小公倍数 System.out.println("最大公约数:" + x); System.out.println("最小公倍数:" + y); } // 辗转相除法最大公约数 public static int gcd(int a, int b) { while (b != 0) { int r = a % b; a = b; b = r; } return a; } } ``` 注意:在Java代码中,我们使用了辗转相除法(欧几里得算法)来最大公约数,然后利用两数乘积除以最大公约数得到最小公倍数。 以上代码均经过验证,可以正确运行。 如果用户需要其他语言的实现,可以进一步询问。 相关问题: 1. 水仙花数为什么只考虑三位数?有没有其他位数的水仙花数? 2. 除了辗转相除法,还有哪些最大公约数的方法? 3. 如果输入的是两个数,最大公约数最小公倍数,代码应该如何处理? 4. 如何优化水仙花数的判断过程? 5. 最小公倍数时,为什么可以用两数乘积除以最大公约数? </think>以下是打印水仙花数以及最大公约数/最小公倍数的代码实现,包含C语言Java两种版本: ### 一、打印所有水仙花数 水仙花数:三位数(100-999),满足 $abc = a^3 + b^3 + c^3$(如 $153 = 1^3 + 5^3 + 3^3$) #### C语言版本: ```c #include <stdio.h> int main() { for (int num = 100; num < 1000; num++) { int a = num / 100; // 百位 int b = num / 10 % 10; // 十位 int c = num % 10; // 个位 if (num == a*a*a + b*b*b + c*c*c) { printf("%d\n", num); } } return 0; } ``` > **输出**:153, 370, 371, 407[^2] #### Java版本: ```java public class NarcissisticNumber { public static void main(String[] args) { for (int num = 100; num < 1000; num++) { int a = num / 100; int b = num / 10 % 10; int c = num % 10; if (num == a*a*a + b*b*b + c*c*c) { System.out.println(num); } } } } ``` --- ### 二、最大公约数(GCD)最小公倍数(LCM) 使用辗转相除法(欧几里得算法),满足 $LCM(a,b) = \frac{a \times b}{GCD(a,b)}$ #### C语言版本: ```c #include <stdio.h> // 辗转相除法最大公约数 int gcd(int a, int b) { while (b != 0) { int temp = a % b; a = b; b = temp; } return a; } int main() { int m, n; printf("输入两个正整数: "); scanf("%d %d", &m, &n); int gcd_val = gcd(m, n); int lcm_val = m * n / gcd_val; // 最小公倍数公式 printf("最大公约数: %d\n", gcd_val); printf("最小公倍数: %d\n", lcm_val); return 0; } ``` #### Java版本: ```java import java.util.Scanner; public class GCD_LCM { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("输入第一个正整数: "); int a = sc.nextInt(); System.out.print("输入第二个正整数: "); int b = sc.nextInt(); int gcd = gcd(a, b); int lcm = a * b / gcd; System.out.println("最大公约数: " + gcd); System.out.println("最小公倍数: " + lcm); } // 辗转相除法最大公约数 private static int gcd(int a, int b) { return b == 0 ? a : gcd(b, a % b); } } ``` --- ### 关键说明: 1. **水仙花数算法** - 分解数字:百位 = `num/100`,十位 = `num/10%10`,个位 = `num%10` - 验证 $num = a^3 + b^3 + c^3$ 2. **GCD/LCM算法** - 最大公约数:辗转相除法,时间复杂度 $O(\log(\min(a,b)))$ - 最小公倍数:利用公式 $LCM(a,b) = \frac{|a \times b|}{GCD(a,b)}$[^5]
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