自测-1 打印沙漏 (20 分)

本文介绍了一种使用特定字符打印沙漏形状的算法,通过输入一个正整数和符号,程序将输出最大可能的沙漏形状及剩余符号数量。算法核心在于计算沙漏的层级,确保形状对称且美观。

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本题要求你写个程序把给定的符号打印成沙漏的形状。例如给定17个“*”,要求按下列格式打印

*****
 ***
  *
 ***
*****

所谓“沙漏形状”,是指每行输出奇数个符号;各行符号中心对齐;相邻两行符号数差2;符号数先从大到小顺序递减到1,再从小到大顺序递增;首尾符号数相等。

给定任意N个符号,不一定能正好组成一个沙漏。要求打印出的沙漏能用掉尽可能多的符号。

输入格式:

输入在一行给出1个正整数N(≤1000)和一个符号,中间以空格分隔。

输出格式:

首先打印出由给定符号组成的最大的沙漏形状,最后在一行中输出剩下没用掉的符号数。

输入样例:

19 *

输出样例:

*****
 ***
  *
 ***
*****
2

 

#include<iostream>
#include<math.h>
using namespace std;

int main()
{
	int N;
	char ch;
	cin >> N >> ch;
	int n = sqrt((double)(N + 1) / 2);
	for (int i = 1; i <= n; ++i)
	{
		for (int j = 1; j < i; ++j)
			cout << " ";
		for (int j = 2 * (n - i) + 1; j >= 1; --j)
			cout << ch;
		cout << endl;
	}

	for (int i = 1; i < n; ++i)
	{
		for (int j = 1; j <= n - i-1; ++j)
			cout << " ";
		for (int j = 1; j <= 2 * i + 1; ++j)
			cout << ch;
		cout << endl;
	}
	cout << N - (2 * n*n-1) << endl;
	system("pause");
}

 

 

 

<think>好的,我现在需要解决这个问题,就是打印沙漏形状。题目要求给定任意数量的符号,尽可能多地使用这些符号来组成沙漏。我得仔细理解题目要求。 首先,题目中的例子是用17个星号打印出一个沙漏。那沙漏的结构是上下对称的,中间一行是1个符号,然后上下每行依次增加两个符号,直到符号总数不超过给定的N。那如何确定最多能用多少个符号呢? 我记得这可能涉及到等差数列的计算。沙漏的上半部和下半部都是等差数列,中间是1个符号。假设上半部有k行,那么每行的符号数是2k+1,比如最上面一行是2k+1,然后依次减2,直到中间的1。不过可能我这里的k的定义需要再仔细想想。 比如,例子中的沙漏上半部有两行,别是5和3,中间是1,然后下半部两行3和5。总行数是2*2+1=5行?或者说,总共有k层,每层两边各k行?或者应该考虑整个沙漏的结构。 或者另一个思路,沙漏的总符号数等于上下两个三角形加上中间的一个符号。每个三角形是等差数列的和。例如,当沙漏的上半部有m层的话,那么每一层的符号数是2m+1, 2(m-1)+1,...,3。比如,当m=2时,上半部是5和3,总和是5+3=8。中间是1,下半部同样是3+5=8。总共有8+1+8=17,和例子中的一致。 所以,假设上半部有m层,那么总符号数应该是:上半部的和是sum_{i=1到m}(2i+1)?或者可能我的索引方式不对。比如,当m=2时,应该是5+3=8,这等于(5+3)=8,而5=2*2+1,3=2*1+1。所以总和是sum_{i=1到m} (2(m - i +1) +1)? 或者可能我应该用更简单的方式计算。 或者,等差数列的首项是2m+1,公差是-2,总共有m项,所以上半部的和是m*( (2m+1) +3 )/2 = m*(2m+4)/2= m(m+2)。中间是1,下半部和上半部相同。所以总符号数是2*m(m+2) +1。例如,当m=2时,总符号数是2*2*4 +1=17,符合例子。那总符号数的公式是2m(m+2) +1 = 2m² +4m +1? 那问题转化为,给定N,找到最大的m,使得总符号数不超过N。例如,当N=17时,m=2。如果N=18,那么m=2时总符号数是17,剩下的1个符号无法构成更大的沙漏,所以还是用17个。当N=18时,可能可以找到更大的m吗? 比如,假设m=3,总符号数是2*3*(3+2) +1 = 2*3*5 +1=30+1=31。这显然超过18,所以不行。所以最大的m是满足2m(m+2)+1 ≤ N的最大m。 所以,首先需要找出最大的m,使得2m²+4m +1 ≤N。或者,可能我的公式是否正确?让我再仔细推导一下。 假设沙漏的上半部有m行,每一行的符号数依次为2m+1, 2(m-1)+1,...,3。例如,当m=2时,两行是5和3。总和为5+3=8。下半部也是8,中间1个。总共有8+1+8=17。那这个总和的计算是否正确? 等差数列的首项是a1=2m+1,末项是a_m=3,项数是m项。所以总和为m*(a1 +am)/2 = m*( (2m+1 +3)/2 )= m*(2m+4)/2= m(m+2)。上下两部总和是2m(m+2),加上中间的一个,总共有S=2m(m+2)+1。 例如,当m=1时,S=2*1*3+1=7。对应的沙漏形状是: *** * *** 对吗?那3,1,3,总和是7。那确实是正确的。 所以,公式正确。所以,现在的问题转化为求最大的m,使得2m²+4m+1 ≤N。或者,等式是S=2m² +4m +1 ≤N? 或者等式应为:2m(m+2)+1 =2m²+4m+1。是的。那例如当m=2时,得到17。 现在,如何找到最大的m?比如给定N=7,最大的m是1;N=8的话,是否能构成更大的?例如,当N=8时,m=1时总符号数是7,剩下的1个无法构成更大的。所以最大的m是1。这时使用的符号数是7。 所以,问题转化为求最大的m,使得2m²+4m +1 ≤N。然后剩下的符号数是N - (2m²+4m +1)。 接下来,需要根据这个m来打印沙漏。例如,当m=2时,上半部有两行,别是5和3,然后中间是1,然后下半部3和5。 那如何生成每一行的空格数和符号数? 观察例子中的输出: ***** *** * *** ***** 上半部的行数为m=2,每行符号数为2*(m-i+1)+1,其中i是当前行(从1到m)。比如第一行i=1时,符号数是2*(2-1+1)+1=2*2+1=5。第二行i=2时,2*(2-2+1)+1=2*1+1=3。 然后中间行的符号数是1,之后下半部的行数是m,符号数依次为3、5,即下半部的第一行是3,第二行是5。每行的符号数是2*(i)+1,其中i从1到m? 或者,下半部的结构应该与上半部对称。所以,上半部的第一行是最大的符号数,然后逐行减少2,直到中间的1。下半部则反过来,从3开始,每次增加2。 所以,对于每一行的打印,应该计算该行的符号数和前面的空格数。例如,在例子中,第一行是5个*,前面没有空格。第二行是3个*,前面有一个空格。中间行是1个*,前面有两个空格。下半部第三行是3个*,前面一个空格,第四行是5个*,前面没有空格。 所以,对于上半部的第i行(i从0到m-1),符号数是2*(m -i) +1。例如,当m=2时,i=0,符号数是2*(2-0)+1=5;i=1时,符号数是2*(2-1)+1=3。然后,每行前面的空格数是i个?比如,在例子中的上半部,第一行i=0时,空格数是0;第二行i=1时,空格数是1。中间行的空格数是m个?比如,当m=2时,中间行的空格数是2。那中间行之后的下半部,每一行的空格数如何计算? 下半部的行数是m行,从i= m-1 downto 0。例如,对于m=2,下半部的第一行是i=1(空格数1),第二行i=0(空格数0)。符号数别是3和5。这样,每行的空格数等于该行在倒序中的i值。比如,下半部的第一行对应i=1,空格数是1,符号数是3;第二行i=0,空格数0,符号数5。 那总的步骤如下: 1. 计算最大可能的m,使得2m²+4m +1 ≤N。这可以通过解方程或循环来找到最大的m。 例如,解方程2m²+4m +1 ≤N。可以转化为求m的最大整数值。可以用求根公式:当等式等于N时,解m。m = [-4 + sqrt(16 +8(N-1))]/4?因为等式为2m²+4m+1 =N → 2m²+4m = N-1 → m²+2m = (N-1)/2 → m²+2m +1 = (N-1)/2 +1(m+1)^2 = (N+1)/2 → m+1 = sqrt( (N+1)/2 ) → m = sqrt( (N+1)/2 ) -1。然后取整数部。 例如,当N=17时,(N+1)/2=9,sqrt(9)=3,m=3-1=2,正确。当N=7时,(7+1)/2=4,sqrt是2,m=2-1=1。正确。那这个公式是否正确? 是的。所以,最大的m等于 floor( sqrt( (N+1)/2 ) -1 ) 或者,可以用循环的方式,从m=0开始递增,直到2m²+4m+1超过N,然后取最大的m满足条件。 这可能更稳妥,因为可能有计算上的误差。例如,当N=1时,可能得到m=0。此时总符号数是1(中间的1),但此时沙漏的结构是否符合条件? 题目中的沙漏必须有至少1行(中间那个),所以当N>=1时,至少可以打印出一个符号。所以,当m=0时,总符号数是1沙漏形状只有中间一个符号。这可能符合要求。 例如,当输入是1,输出是: * 而当输入是6,最大的m是满足2m²+4m+1 <=6。计算: 当m=1时,2*1+4*1+1=7>6,所以只能取m=0。总符号数是1,剩余5个符号。 所以,这时候只能输出一个符号。 所以,确定m的最大值可以用上述公式,或者循环计算。 现在,编程步骤: 步骤一:输入N,计算最大的m。 步骤二:计算剩余未使用的符号数:N - (2m²+4m+1) 步骤三:打印沙漏。 那如何打印沙漏的结构? 沙漏总共有2m+1行。例如,当m=2时,总共有5行。 上半部有m行,中间1行,下半部m行。 每一行的结构: 对于上半部第i行(i从0到m-1): 符号数是 2*(m -i) +1 → 2m-2i +1 → 例如,i=0时是2m+1? 或者等一下,当m=2时,i的范围是0到1。i=0时,符号数是2*(2-0)+1=5。i=1时,符号数是3。是的。所以符号数为2*(m-i) +1。 空格数:每行前面需要填充的空格数等于i的数量。例如,i=0时,空格数是0;i=1时,空格数是1。 中间行的空格数是m,符号数是1。 下半部的行数,对于第i行(i从0到m-1),符号数是2*(i+1)+1 →例如,当i=0时,符号数是3;i=1时是5。空格数是m-1 -i。例如,当m=2时,i=0,空格数是1;i=1,空格数是0。 或者,可能需要重新考虑下半部的空格数。例如,在例子中的下半部第一行是3个*,前面一个空格。第二行是5个*,没有空格。那对应的是空格数等于m-1 -i吗? 比如,m=2时,下半部的i从0到1: 当i=0时,空格数=1(m-1 -0 =1) →正确。当i=1时,空格数=0(m-1 -1=0)。是的。所以,空格数为m-1 -i。 所以,下半部的符号数是2*(i+1) +1?不,等一下。当i=0时,符号数是3=2*(0+1)+1=3;i=1时是5=2*(1+1)+1=5。对的。 那沙漏打印步骤如下: 打印上半部: 对于i in 0到m-1: 空格数 = i 符号数 = 2*(m -i) +1 打印空格数,然后符号数的符号。 中间行: 空格数 = m 符号数 =1 打印空格和符号。 下半部: 对于i in 0到m-1: 空格数 = (m-1) -i 符号数 = 2*(i+1)+1 打印空格和符号。 这样就能正确生成沙漏的形状。 现在,如何将这些步骤转化为代码? 用Python的话,步骤如下: 1. 输入N: n = int(input()) 2. 计算m的最大值: 我们可以使用循环: m = 0 while 2*m*m +4*m +1 <=n: m +=1 m -=1 # 因为最后一次循环可能已经超过了,所以要减1 或者可能初始化为m=0,然后循环直到条件不满足,最后得到的m是最大的满足条件的值。 比如,当n=17时: 初始m=0 → 0+0+1=1 <=17 → m=1. 然后,2*1+4*1+1=7 <=17 → m=2 → 2*4 +8 +1=17 <=17 → m=3 → 2*9 +12+1= 18+12+1=31>17 → 退出循环。所以 m=3-1=2。正确。 所以,这个循环是正确的。 或者也可以用数学公式: m = int( (( (n+1)/2 )**0.5 ) -1 ) 但需要确保这种情况下是否准确,比如当n=7时,(7+1)/2=4,sqrt是2,减1得到1。此时公式正确。所以,这可能更高效,但需要注意当计算中出现浮点数误差时的情况。例如,当n=8时,(8+1)/2=4.5 → sqrt(4.5)=2.121… →减11.121,取整得1。此时,2*(1)^2+4*1+1=2+4+1=7 <=8。所以是正确的。那最大的m是1,总符号数是7,剩余1。 所以,公式方法可能可行,但需要处理整数转换的问题。例如,当计算出来的值的小数部很大,可能需要检查。或者更稳妥的方式是用循环。 所以,在代码中用循环的方式可能更可靠。 代码示例: n = int(input()) if n ==0: print(0) else: m =0 while 2*m*m +4*m +1 <=n: m +=1 m -=1 剩余符号是n - (2*m*m +4*m +1) 然后打印沙漏。 然后处理当m是负数的情况?例如,当n=0时,无法打印。但根据题目,n是给定的符号数,可能输入n>=0? 题目中的输入描述中可能n是正整数?例如,题目中的例子是17。假设输入n可以是0,但此时无法打印任何符号。所以在代码中需要处理这种情况。比如,当m可能为-1时,需要处理。 但根据题目中的输入格式,可能n>=1?或者需要处理所有情况。 在代码中,假设当m=0时,总符号数是1。例如,当n=1时,输出是1个符号,剩余0。当n=0时,无法打印,所以输出0。 所以代码中的处理: 例如,当n=0时,剩余是0,输出0,没有符号。 当n>=1时: 计算m的值,然后打印沙漏。 那么,假设当n=0时,直接输出0,并结束。 现在,编写打印沙漏的部。 当m>=0时: 打印上半部: for i in range(m): 空格数是i,符号数是2*(m -i) +1 打印空格数 * ' ' + 符号数 * '*' 然后中间行: 空格数m,符号数1打印 ' ' *m + '*' 下半部: for i in range(m): 空格数是 (m-1) -i → 比如当i=0时,空格数m-1 -0= m-1 符号数是2*(i+1) +1 → 3,5,... 打印对应的空格和符号。 例如,当m=2时,上半部循环i=0,1: i=0 →空格0,符号5 → ***** i=1 →空格1,符号3 → *** 中间行:空格2,符号1 → * 下半部循环i=0,1: i=0 →空格1,符号3 → *** i=1 →空格0,符号5 → ***** 总共有5行,正确。 当m=0时,总符号数是1。此时,上半部循环不会执行,中间行是空格0,符号1 → * 所以,处理m=0的情况: 此时,总行数是1,只打印中间那一行。 所以,代码的逻辑在m=0的情况下也能处理。 现在,编写这部代码: 例如: remain = n - (2*m*m +4*m +1) print(remain) # 可能需要先输出使用的符号数?或者题目中的输出要求是输出沙漏,然后输出剩余的符号数? 题目中的输入样例的输入是17,输出是: ***** *** * *** ***** 然后输出剩余0? 或者原题可能要求输出沙漏,然后输出剩余的数量。例如,原题中的输入描述中给出,当输入17时,输出例子中的沙漏,然后输出剩余的符号数(17-17=0)。所以,正确的步骤是:打印沙漏,然后输出剩余符号数。 所以,在代码中,首先计算m,然后计算剩余符号数,打印沙漏,然后输出剩余数。 所以,在代码中: 沙漏的每一行打印后,换行。例如,在Python中,print语句会自动换行。 所以,在代码中: for i in range(m): # 上半部,i从0到m-1 spaces = ' ' * i stars = '*' * (2*(m -i) -1) ?等等,我之前的计算可能有错误? 哦,之前可能犯了一个错误。比如,符号数的计算应该是2*(m-i) +1? 比如,当i=0时,m-i=2-0=2,符号数5=2*2 +1? 是的。那符号数是2*(m -i) +1吗? 是的。例如,当m=2,i=0时,2*(2-0)+1=5。正确。 所以,代码中的符号数是:2*(m -i) +1 ? 或者是不是应该减1?比如,当m=2,i=0时,得到5个星号。是的。 哦,不,原式是:对于上半部第i行(i从0到m-1),符号数是2*(m -i) +1? 比如,当m=2,i=0,符号数是2*(2-0) +1=5。是的。 然后中间行是1,所以符号数是1。 下半部的第i行(i从0到m-1)的符号数是2*(i+1)+1。例如,当i=0时是3,i=1时是5。是的。 那代码中的上半部循环: for i in range(m): spaces = ' ' * i stars = '*' * (2*(m -i) -1 +2) ? 不,原式是2*(m-i)+1。 所以,代码中的符号数是 2*(m -i) +1 → stars = '*' * (2*(m -i) +1 ) 例如,当m=2,i=0 → 5,正确。 所以,上半部的循环: for i in range(m): print(' ' * i + '*' * (2*(m -i) +1 )) → 这似乎不对?例如,当m=2时,i=0,2*(2-0)+1=5 →正确。i=1,2*(2-1)+1=3 →正确。是的。 中间行: print(' ' * m + '*') 下半部的循环: for i in range(m): # 空格数是 (m-1) -i spaces = ' ' * ((m-1) -i) # 符号数是2*(i+1) +1 ? stars = '*' * (2*(i+1) -1) ? 或者原式是符号数为2*(i+1) +1? 比如,当i=0时,符号数是3 → 2*(0+1)+1=3。是的。i=1时,5=2*(1+1)+1=5。是的。 所以,符号数是 2*(i+1) +1 ? 不,这里可能搞错了。例如,当i=0,符号数是3,等于2*(i+1)+1吗?是的。那代码中的符号数是2*(i+1)+1 ? 是的。所以,在循环中: stars = '*' * (2*(i+1) +1 ) 或者,等式中的符号数应为2*(i+1)+1? 例如,i=0 →3,i=1→5。是的。 那下半部的循环: for i in range(m): print( ' ' * ((m-1)-i) + '*' * (2*(i+1)+1) ) 例如,当m=2时,i=0 →空格数是1,符号数3 → 正确。i=1 →空格数0,符号数5 →正确。 这样,整个沙漏的形状就正确了。 现在,将这些转化为Python代码: 代码的大体结构: n = int(input()) if n <1: print(0) else: m =0 while 2*m*m +4*m +1 <=n: m +=1 m -=1 # 计算剩余的符号数 used = 2*m*m +4*m +1 remaining = n - used # 打印沙漏 # 上半部 for i in range(m): print(' ' * i + '*'*(2*(m -i)+1) ) # 中间行 print(' '*m + '*') # 下半部 for i in range(m): print(' '* ( (m-1)-i ) + '*'*(2*(i+1)+1) ) # 输出剩余 print(remaining) 但需要处理当m=0的情况。因为当m=0时,2*0 +4*0 +1=1,used=1。例如,当n=1时,m的计算: 初始m=0,循环条件 0+0+1 <=1 →是,m=1。然后检查是否2*1*1 +4*1 +1 =2+4+1=7 <=1?不,所以循环退出,m=0。此时,used=1沙漏的形状就是中间一个*,上下部没有。 所以,当m=0时,代码中的上半部循环range(0) →不执行。中间行打印' ' *0 + '*' →正确。下半部循环range(0) →不执行。所以,打印一个*,正确。 所以,这段代码应该可以处理所有情况。 但需要测试一下几个例子: 测试用例1:n=17 →m=2。沙漏形状正确。剩余0. 测试用例2:n=7 →m=1。总符号数7。沙漏形状是: *** * *** 剩余n-7=0。当输入n=7时,输出沙漏和0。 测试用例3:n=1 →m=0。输出一个*,剩余0. 测试用例4:n=6 →m=0,因为当m=0时,used=1 <=6。循环开始: m初始为0 →条件0+0+1=1 <=6 →m=1。检查条件2*1+4*1+1=7 <=6 →否。退出循环,m=0。所以,used=1,剩余5。输出一个*,然后5. 测试用例5:n=8 →m=1。总符号数7,剩余1沙漏形状: *** * *** 所以,输出: *** * *** 剩余1. 所以,代码是正确的吗? 当n=8时,循环过程: 初始m=0: 条件2*0 +4*0 +1=1 <=8 →是,m=1. 条件2*1^2+4*1 +1=2+4+1=7 <=8 →是,m=2. 条件2*4+8+1=17 <=8 →否。退出循环,m=2-1=1. used=7 →剩余1. 上半部循环i=0: print(''*0 + '*'*(2*(1-0)+1) →2*1+1=3 →*** 中间行:print(' '*1 + '*' →两个空格?不,当m=1时,中间行空格是1 → 输出 ' ' + '*' → 即一个空格和一个星号。 下半部循环i=0: 空格数是(m-1)-i=0-0=0 →空格数0,符号数2*(0+1)+1=3 →*** 所以,整个沙漏的形状是: *** * *** 剩余1. 正确。 所以,代码是正确的吗?此时,中间行是一个星号,前面一个空格? 是的。那沙漏的形状是否正确? 沙漏的形状要求每行中心对齐。例如,当中间行是一个星号,并且前面有一个空格时,是否满足条件? 原题中的例子中间行是有一个空格吗?原题中的例子是: ***** *** * *** ***** 中间的星号前面有两个空格,当m=2时,中间行的空格数是m=2。所以,当m=1时,中间行空格数是1。所以,对于n=8的情况,沙漏的形状应为: *** * *** 中间行是一个空格加一个*。是否符合题目中的条件? 题目中的条件:各行符号中心对齐。例如,星号的数量是奇数,所以中间对齐。如果每行前面填充的空格数等于总需要左对齐吗? 比如,在例子中,第一行没有空格,第二行一个空格,中间行两个空格。这样,每个符号行的中心位置是对齐的。例如,5个符号的中间位置是第三个,3个符号的中间位置是第二个,中间的1个符号的位置是对齐的。 所以,空格数的计算是正确的,确保各行的符号中心对齐。 所以,代码是正确的。 综上,这段代码应该能够正确处理所有情况。</think>要解决这个问题,我们需要打印一个沙漏形状,使用尽可能多的给定符号。以下是详细的解决步骤: ### 方法思路 1. **确定沙漏的最大层数**:沙漏的符号数遵循特定的等差数列规律。通过计算找到最大的层数 \( m \),使得使用的符号数不超过给定的 \( N \)。 2. **计算剩余符号数**:根据确定的层数 \( m \),计算未使用的符号数。 3. **打印沙漏**:按照确定的层数,上半部、中间行和下半部打印沙漏,确保每行符号中心对齐。 ### 解决代码 ```python n = int(input()) if n < 1: print(0) else: m = 0 # 计算最大的m,使得2m² +4m +1 <=n while 2 * m * m + 4 * m + 1 <= n: m += 1 m -= 1 used = 2 * m * m + 4 * m + 1 if m >= 0 else 0 remaining = n - used # 打印沙漏 # 上半部 for i in range(m): print(' ' * i + '*' * (2 * (m - i) + 1)) # 中间行 print(' ' * m + '*') # 下半部 for i in range(m): print(' ' * (m - 1 - i) + '*' * (2 * (i + 1) + 1)) print(remaining) ``` ### 代码解释 1. **输入处理**:读取输入的符号数 \( N \)。 2. **计算最大层数 \( m \)**:通过循环找到最大的 \( m \),使得沙漏使用的符号数不超过 \( N \)。 3. **计算剩余符号数**:根据确定的 \( m \) 计算使用的符号数和剩余符号数。 4. **打印沙漏**: - **上半部**:从最大层数开始,逐层减少符号数,每行前面增加空格。 - **中间行**:打印一个符号,前面填充相应空格使其居中。 - **下半部**:对称地打印上半部的倒序,确保符号数递增且居中。 5. **输出剩余符号数**:打印未使用的符号数。 这种方法确保沙漏形状正确且使用尽可能多的符号,同时代码结构清晰,逐步解决问题。
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