翻币问题【BFS】

Description

有N个硬币(6<=N<=20000)全部正面朝上排成一排,每次将其中5个硬币翻过来放在原位置,直到最后全部硬币翻成反面朝上为止。试编程找出步数最少的翻法,输出最少步数及翻法。


Input

从键盘输入一个正整数N(6<=N<=20000),表示硬币的数量。

Output

第1行:一个整数,表示最少步数
第2行至最后一行:先是一个整数,表示步骤序号(从0开始编号),后接一个":",再接当前硬币的状态(用一个整数表示正面朝上的硬币的个数)


Sample Input

6 (开始:6个硬币正面朝上)

Sample Output

0:6 (第0步结果:6个硬币正面朝上)
1:1 (第1步结果:1个硬币正面朝上)
2:4 (第2步结果:4个硬币正面朝上)
3:3 (第3步结果:3个硬币正面朝上)
4:2 (第4步结果:2个硬币正面朝上)
5:5 (第5步结果:5个硬币正面朝上)
6:0 (第6步结果:0个硬币正面朝上)
6 (最少用6步实现全部反面朝上)


Hint

只输出最少次数,其变化过程仅作参考


解题思路

由题可知,共有6种变化,用stat[i]表示节点i正面的个数。完成翻转即正面的个数为0,在执行上面6种翻转时要检查是否符合翻条件,即正面的个数和反面的个数要大于其对应的翻转数,生成新节点时要判断此节点是否出现过,否则就会出现相同的5个硬币翻来翻去的情况。
温馨提示:不要被样例骗了,只输出最少次数,其变化过程仅作参考。。。


代码

#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
int stat[300000],h,t,fa[300000],n,a[300000],ans=-1;//stat[]表示节点正面的个数
void bsy(int x){
	if(x==0)
	return;
	bsy(fa[x]);
	ans++;
}
void bfs(){
	h=0; t=1;
	fa[1]=0; stat[1]=n;
	do{
		h++; 
		for(int i=0;i<=5;i++) //枚举朝上的个数                
		{
			if(stat[h]>=i&&n-stat[h]>=5-i)
			{
			    t++;
				fa[t]=h;
				stat[t]=stat[h]-i+5-i;
				if(!a[stat[t]])
				   a[stat[t]]=1;
				else
				t--;
				if(!stat[t])//枚举朝上的个数为0就输出
				{
					bsy(t);
				    return; 
				}
			}
		}
	}while(h<=t);
}
int main(){
	cin>>n;
	bfs();
	cout<<ans;
} 

### C++ 算法题实现 以下是基于给定引用中的描述以及相关知识点,提供一种解决问题的C++实现方法。此问题是关于如何通过最小次数的操作将一组硬的状态从初始状态转换为目标状态。 #### 问题分析 该问题可以被建模为图上的最短路径问题。每种可能的硬排列视为一个节点,而一次操作(即转相邻两枚硬)则表示一条边连接两个节点。目标是从起始节点到达终止节点所需的最少步数。 为了求解这个问题,广度优先搜索(BFS)是一种有效的方法,因为它能够找到无权图中最短路径长度。 #### 解决方案代码 下面是一个完整的解决方案: ```cpp #include <iostream> #include <queue> #include <unordered_set> #include <string> using namespace std; // 定义结构体存储当前状态和所需步数 struct State { string config; int steps; }; // 函数用于生成所有可能的新状态 vector<string> generateNextStates(const string& current) { vector<string> nextStates; for (size_t i = 0; i < current.size() - 1; ++i) { // 创建新状态副本并修改第i位及其后的两位字符 string newState = current; if (newState[i] == '*') { newState[i] = 'o'; } else { newState[i] = '*'; } if (newState[i + 1] == '*') { newState[i + 1] = 'o'; } else { newState[i + 1] = '*'; } nextStates.push_back(newState); } return nextStates; } int minFlips(string start, string goal) { if (start == goal) return 0; queue<State> q; unordered_set<string> visited; q.push(State{start, 0}); visited.insert(start); while (!q.empty()) { State currentState = q.front(); q.pop(); vector<string> neighbors = generateNextStates(currentState.config); for (auto neighbor : neighbors) { if (neighbor == goal) { return currentState.steps + 1; } if (visited.find(neighbor) == visited.end()) { visited.insert(neighbor); q.push(State{neighbor, currentState.steps + 1}); } } } return -1; // 如果无法达成目标,则返回-1 } int main() { string initial = "**oo*"; string target = "*o***"; cout << "Minimum flips required: " << minFlips(initial, target) << endl; return 0; } ``` 上述程序定义了一个`generateNextStates()`函数来计算由当前配置可得到的所有下一组合法配置,并利用BFS遍历这些可能性直到发现目标配置为止[^2][^3]。 #### 关键点解释 - **队列(Queue)** 被用来保存待探索的状态。 - 使用集合(Set)记录已经访问过的状态以避免重复处理相同的局面。 - BFS保证最先遇到的目标状态就是最优解因为它是按层扩展树形结构的。 #### 时间复杂度 假设字符串长度为n,在最坏情况下我们需要考虑O(n!)个不同的布局形式但由于实际应用中很多布局会被剪枝掉所以通常不会达到这个数量级。 ---
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