<think>题目要求计算符号三角形的个数,其中符号三角形的定义如下:
第一行有n个符号(由'+'和'-'组成),然后每一行比上一行少一个符号,规则是:
两个同号下面为'+',两个异号下面为'-'。
要求整个三角形中'+'和'-'的个数相同。
注意:n<17,且n=0时退出。
我们需要计算不同的符号三角形的个数(即第一行的不同排列会导致不同的三角形,但注意对称性?但是题目要求所有可能的第一行排列)。
然而,直接枚举第一行有2^n种可能,n最大为16,所以2^16=65536,再计算整个三角形(O(n^2))总计算量在65536*(16^2)=16777216,大约1600万次,在普通计算机上可以接受。
但是,题目要求输出多个n(从1到输入的最大n,直到输入0为止),所以我们可以预先计算1到16的所有结果,然后根据输入输出。
然而,题目输入是每行一个n(可能有多个n,直到0结束),所以我们可以先读取所有输入,然后计算这些n的结果。
但是,由于n最大16,我们可以预先计算出1到16的所有结果,然后根据输入直接输出。
如何计算一个n?
我们可以用深度优先搜索(DFS)枚举第一行的每一个位置是'+'还是'-'。但是注意,由于三角形的大小,我们可以一行一行构建。但实际上,我们可以通过第一行计算出整个三角形。
另一种思路:如果我们已知第一行,那么整个三角形就确定了。因此,我们可以枚举第一行的所有可能(2^n种),然后计算整个三角形中'+'和'-'的个数,判断是否相等。
但是,直接枚举2^n种情况,n最大16(65536种),然后对于每种情况,我们要构建一个n*(n+1)//2的三角形(元素个数为n*(n+1)/2,即O(n^2)),那么总计算量是65536 * (16*17/2)=65536*136≈8.9e6,大约900万次,这是可以接受的。
但是,我们还可以优化:在构建三角形的过程中,我们可以逐行构建,并且可以提前终止(剪枝)某些情况吗?但是,由于整个三角形由第一行决定,我们无法在构建过程中提前判断符号数量是否相等(因为要整个三角形构建完才知道总数),所以只能全部构建完再判断。
但是,注意整个三角形的总符号数为 n*(n+1)//2。如果总符号数为奇数,那么不可能'+'和'-'个数相等(因为要求相等,则总符号数必须是偶数)。所以当n*(n+1)//2为奇数时,答案一定为0。这可以作为一个优化。
实际上,当n=1,2时,总符号数分别为1和3,都是奇数,所以答案为0。当n=3时,总符号数6,为偶数,所以可能。
因此,对于每个n,先判断总符号数是否为奇数,如果是,则直接得到0种。
步骤:
1. 预先计算1到16的所有结果,存储在一个数组res[0..16]中(索引0不用,从1到16)。
2. 对于每个n(从1到16):
total = n*(n+1)//2
如果total为奇数,则res[n]=0。
否则,枚举第一行的所有可能(2^n种情况),对每种情况:
构建整个三角形,并统计整个三角形中'+'的个数(或'-'的个数)是否等于total//2。
注意:构建三角形时,可以利用递推:第i行第j个符号 = (第i-1行第j个符号 == 第i-1行第j+1个符号) ? '+' : '-' 但是注意规则:同号为'+',异号为'-'。
但实际上,我们可以用0和1表示,0代表'+',1代表'-'(或者相反),那么规则就是:如果两个相同(同为0或同为1)则下一行为0(即'+'),不同则为1(即'-')。但注意:题目规则:两个同号下面是'+',异号下面是'-'。
所以我们可以定义:0表示'+',1表示'-',那么下一行的符号就是:如果上一行相邻两个相同则下一行为0,不同则为1。这实际上是异或的相反:即相同为0,不同为1?不对,应该是:同号->0,异号->1。那么如果我们用0和1表示,则下一行的符号等于上一行两个符号的异或结果取反?不对。
重新考虑:用0表示'+',1表示'-'。
规则:两个同号(都是0或都是1)则下一行得到0('+'),两个异号(一个0一个1)则下一行得到1('-')。所以:
0和0 -> 0
0和1 -> 1
1和0 -> 1
1和1 -> 0
这实际上是异或(XOR)吗?不是,异或是:0^0=0, 0^1=1, 1^0=1, 1^1=0。而这里0和0得到0,1和1得到0,0和1得到1,所以就是异或!但是,我们也可以理解为:用加法模2?异或就是加法模2。
因此,我们可以用0和1来表示符号,那么三角形构建可以这样:
第0行(第一行)有n个元素(用0和1)。
第1行有n-1个元素:第0行的相邻两个数异或(即第0行第0位和第1位异或得到第1行第0位,第0行第1位和第2位异或得到第1行第1位,...)
第2行有n-2个元素:由第1行的相邻两个异或得到。
整个三角形总共n行,第0行(首行)有n个,第1行有n-1个,...,第n-1行有1个。
但是,注意:题目中给出的例子:
第一行:+ + - + - + +
我们用0表示+,1表示-,则第一行:[0,0,1,0,1,0,0]
第二行:第一个:0^0=0(+),第二个:0^1=1(-),第三个:1^0=1,第四个:0^1=1,第五个:1^0=1,第六个:0^0=0 -> 所以第二行应该是[0,1,1,1,1,0] -> 但是例子第二行是:+ - - - - +,即[0,1,1,1,1,0] -> 匹配。
第三行:0^1=1, 1^1=0, 1^1=0, 1^1=0, 1^0=1 -> [1,0,0,0,1] -> 例子第三行:- + + + - 即[1,0,0,0,1] -> 匹配。
所以,构建规则:triangle[i][j] = triangle[i-1][j] ^ triangle[i-1][j+1] (i>=1)
因此,整个三角形由第一行完全确定。
那么,我们需要统计整个三角形中0(即'+')的个数。要求整个三角形中0的个数等于总符号数的一半(因为总符号数为偶数,设为total,则一半为total//2)。
但是,我们也可以统计1的个数,然后判断0的个数=总符号数-1的个数,然后判断0的个数是否等于1的个数(即0的个数等于total//2)。
因此,算法:
对于n(总符号数total=n*(n+1)//2为偶数):
count = 0
枚举第一行的所有可能(0到(1<<n)-1):
每个数mask的二进制表示(共n位)代表第一行(如果n<16,则高位不足的我们认为是0?但枚举时我们只取低n位)
构建一个二维数组?或者我们可以逐行计算,并且只用一个一维数组即可,因为下一行只依赖上一行。
具体构建过程:
row = 初始行(一个长度为n的列表),由mask的每一位构成:mask的第i位(0<=i<n)是0还是1。
total_ones = 该行1的个数(即统计第一行1的个数)
current = row
然后下一行由current相邻两个异或得到,并且统计每一行1的个数,累加到total_ones中。
最后,如果total_ones == total//2 或者 total_ones == total//2 ?不对,我们统计的是1的总个数。而总符号数为total,所以0的个数为total - total_ones。要求0的个数等于1的个数,即 total_ones == total//2 (因为total是偶数)
但是,注意:整个三角形的总1的个数应该等于total//2吗?不对,应该是要求0的个数和1的个数相等,即各占一半。所以总1的个数应该等于total//2。
因此,如果总1的个数total_ones等于total//2,则计数加1。
但是,这样枚举的mask有2^n种,而n最大16,所以可行。
但是,注意:这样枚举后,我们得到的是所有可能的第一行(即所有可能的情况)中满足条件的个数。
但是,题目并没有要求对称性,所以每种第一行的排列都是不同的。
但是,我们这样枚举,是否包含了所有情况?是的。
但是,时间:n=16时,枚举65536种,每种构建三角形需要O(n^2)(因为构建整个三角形需要1+2+...+n-1次操作,即O(n^2)),所以总操作次数大约是65536*(16*16)≈16777216,大约1600万次,在Pyton中可能稍慢,但n=16时应该可以接受(因为实际是1+2+3+...+16=136次操作,所以65536*136=8912896,大约900万次,在Python中应该能在1秒内完成)。
但是,我们预先计算1到16,那么总共需要计算16个n,最坏情况是n=16(最大计算量900万次),而其他n(如n=15时,2^15=32768,三角形元素个数15*16/2=120,所以32768*120=3932160,大约400万次),所以总计算量大约是:从n=1到16,每个n的计算量累加,最大的是n=16(900万次),其他较小,总计算量大约2000万次左右,在Python中可能运行时间在几秒内(因为每个操作是位运算和加法,比较快),所以可以接受。
但是,我们可以进一步优化:在构建三角形的过程中,我们可以只用一个一维数组,然后不断更新这个数组(每次长度减1)。
代码步骤:
预计算所有n(1到16)的结果,存储在result_dict中。
然后,读取输入,直到0为止,输出每个n对应的结果。
注意:n=0时结束。
优化:总符号数total为奇数时,直接返回0。
但是,我们还可以用记忆化减少重复计算?但每个n独立,所以不用。
具体代码:
注意:枚举第一行时,我们使用一个整数mask(0到(1<<n)-1)表示第一行,然后将其转换为一个长度为n的列表(或直接使用位操作,但为了清晰,我们转换成一个列表)。
但是,我们可以不转换,直接用整数操作来递推每一行?这样会更快吗?可能不会,因为我们需要知道每一行的每个位。
另一种方法:我们用一个数组current_row存储当前行(二进制位),然后下一行可以通过:
next_row[i] = current_row[i] ^ current_row[i+1] (i从0到len(current_row)-2)
但是,这样需要两层循环,外层循环行数(n-1次),内层循环当前行的长度-1。
统计1的个数:在构建每一行时,对当前行的每个元素判断是否为1,然后累加。
代码实现:
预计算:
total_tri = n*(n+1)//2
if total_tri % 2 != 0:
return 0
count = 0
total_half = total_tri // 2 # 整个三角形中1的个数应该等于这个值(因为要求0和1个数相等,而总符号数为total_tri,所以1的个数应为total_tri//2)
for mask in range(1<<n): # 枚举所有第一行
# 构建第一行
row = []
ones = 0
# 生成第一行,并统计第一行1的个数
for i in range(n):
# 取mask的第i位(从低位到高位)
bit = (mask >> i) & 1
row.append(bit)
if bit:
ones += 1
# 当前行
current = row
# 从第二行到第n行(实际上有n-1行)
# 注意:从第一行(长度为n)开始,下一行长度为n-1,再下一行n-2,直到长度为1
# 所以行数从1到n-1
for i in range(1, n):
next_row = []
for j in range(n - i): # 当前行长度是n-i+1,下一行长度是n-i
# 下一行的第j个 = 当前行的j和j+1的异或
val = current[j] ^ current[j+1]
next_row.append(val)
if val:
ones += 1
# 如果已经超过total_half,可以提前终止?但是不能,因为后面可能还有0,所以不能提前终止。
current = next_row
# 构建完整个三角形,判断ones是否等于total_half
if ones == total_half:
count += 1
return count
但是,这样计算量较大,而且没有剪枝,但n最大16,所以可以接受。
但是,我们可以尝试剪枝:如果已经统计的1的个数已经超过total_half,那么可以提前结束内层循环(但需要计算整个三角形,因为后面可能出现0,所以不能提前跳出整个枚举,但可以在内层循环中如果ones已经大于total_half,那么可以提前跳出内层循环,但还是要进行下一个mask)。这样能减少一些计算。
修改:在构建每一行时,如果ones已经大于total_half,就可以提前跳出内层循环(即不再构建剩余行),因为后面还有非负的1的个数加上来,所以不可能再减少。这样有可能提前终止。
因此,在构建三角形过程中,如果ones已经大于total_half,则break内层循环(即不再构建该三角形的剩余部分),继续下一个mask。
但是,这样正确吗?因为后面可能都是0,所以1的个数不会增加?不,后面可能还有1。但是,我们是在统计1的个数,如果中途已经超过total_half,那么最终必然超过,所以可以提前终止这个mask的构建。
所以,在内层循环中,如果ones已经大于total_half,则break内层循环(两层内层循环:行循环和列循环)。注意,我们有两层循环:外层是行(i从1到n-1),内层是列(j从0到n-i-1)。我们可以在内层列循环中每次加1后判断,如果ones>total_half,则跳出内层列循环,并且还要跳出外层行循环(因为不再需要继续构建后面的行了)。我们可以用标记或者直接跳出两层循环。
修改:
for mask in range(1<<n):
row = ... # 第一行
ones = ... # 第一行的1的个数
if ones > total_half: # 如果第一行已经超过一半,直接跳过
continue
current = row
flag = False # 标记是否提前终止
for i in range(1, n):
next_row = []
for j in range(n-i):
val = current[j] ^ current[j+1]
next_row.append(val)
if val:
ones += 1
# 检查ones是否超过total_half
if ones > total_half:
flag = True
break # 跳出内层循环
if flag:
break
current = next_row
if not flag and ones == total_half:
count += 1
但是,这样在大部分情况下可以提前终止,但最坏情况(最后一行的最后一个才超过)还是需要计算完。
另外,如果第一行ones就已经等于total_half,那么后面必须全0才能满足条件?但后面可能还有1,所以不能直接判断。
所以,我们这样优化:在每一行构建过程中,只要ones超过total_half,就提前终止该mask的构建。
但是,这样优化后,在n较大时(如16)能减少一些计算,但最坏情况还是全部计算。
另外,我们可以用动态规划?但这里需要枚举第一行,所以可能不行。
由于n最大16,所以我们可以不加剪枝,但为了效率,我们加上。
另外,我们还可以用对称性:因为第一行的0和1是对称的,但是题目要求的是不同符号三角形,所以对称位置不同算不同的,所以不能减少枚举。
实现代码:
注意:n=0时,不计算,但输入为0时退出。
我们预先计算1到16的所有结果,然后根据输入输出。
但是,题目输入是多次输入n(直到0结束),所以我们可以先读取所有输入,然后找出最大的n,然后只计算到最大n(或者直接计算1到16,然后缓存结果)。
由于n最大16,我们直接计算1到16的所有结果,然后对于每个输入n,直接输出预计算的结果。
步骤:
1. 预计算1到16的每个n的结果,存储在数组ans[1..16]中。
2. 读取输入行,直到遇到0 0(但题目是每行一个n,输入0结束,所以一行一个数,然后遇到0就结束)
注意:输入是每行一个整数n,最后一行是0(表示结束)。但题目描述是“输入以两个0表示结束”,但例子输入是:
1
2
3
4
0
所以实际上每行一个n,当n=0时结束。
3. 输出"result:",然后对于每个输入的n(除了0),输出 n 和 ans[n]
但是,注意:题目要求输出格式:
首先输出一个"result:",然后每行输出对应的n和符号三角形的个数。
例子输出:
result:
1 0
2 0
3 4
4 6
因此,代码结构:
预计算部分:
ans = [0] * 17 # 索引0到16,0不用,索引1..16
for n in range(1,17):
total_tri = n*(n+1)//2
if total_tri % 2 != 0:
ans[n] = 0
else:
total_half = total_tri // 2
count = 0
# 枚举mask
for mask in range(1<<n):
# 构建第一行
row = []
ones = 0
for i in range(n):
bit = (mask >> i) & 1
row.append(bit)
if bit:
ones += 1
# 如果第一行已经超过一半,跳过
if ones > total_half:
continue
current = row
# 标记是否提前终止(超过一半)
flag = False
# 从第二行开始(即行号1到n-1)
for i in range(1, n):
next_row = []
for j in range(n - i):
val = current[j] ^ current[j+1]
next_row.append(val)
if val:
ones += 1
# 检查
if ones > total_half:
flag = True
break # 跳出当前内层循环(列循环)
if flag:
break
current = next_row
# 如果没有提前终止且ones等于total_half,则计数
if not flag and ones == total_half:
count += 1
ans[n] = count
然后,读取输入:
inputs = []
while True:
line = input().strip()
if line == '0':
break
n_val = int(line)
inputs.append(n_val)
print("result:")
for n_val in inputs:
print(f"{n_val} {ans[n_val]}")
但是,这样在n=16时计算量较大(900万次循环),在Python中可能运行较慢(但应该能在可接受时间内完成,比如10秒内?)
我们测试一下n=3:应该有4个。
第一行有3个符号,总共有8种情况。但总符号数=6,要求1的个数=3。
我们枚举:
000: 第一行ones=0,然后第二行:00->0, 00->0 -> [0,0] -> ones=0,第三行:0->0 -> ones=0,总共0个1,不等于3,不满足。
001: 第一行[0,0,1] -> ones=1
第二行:0^0=0, 0^1=1 -> [0,1] -> ones=1+0+1=2
第三行:0^1=1 -> [1] -> ones=2+1=3 -> 满足,计数1
010: [0,1,0] -> 第一行1的个数=1
第二行:0^1=1, 1^0=1 -> [1,1] -> ones=1+2=3 -> 满足?不对,第三行:1^1=0 -> ones=3(因为第三行0,不加),所以总1的个数=3,满足,计数2
011: [0,1,1] -> 第一行1的个数=2
第二行:0^1=1, 1^1=0 -> [1,0] -> ones=2+1=3
第三行:1^0=1 -> [1] -> ones=4 -> 超过3,不满足。
100: [1,0,0] -> 第一行1的个数=1
第二行:1^0=1, 0^0=0 -> [1,0] -> ones=1+1=2
第三行:1^0=1 -> [1] -> ones=3 -> 满足,计数3
101: [1,0,1] -> 第一行1的个数=2
第二行:1^0=1, 0^1=1 -> [1,1] -> ones=2+2=4 -> 超过3,跳过(在第二行构建完就超过了)
110: [1,1,0] -> 第一行1的个数=2
第二行:1^1=0, 1^0=1 -> [0,1] -> ones=2+1=3 -> 然后第三行:0^1=1 -> ones=4 -> 超过,不满足。
111: [1,1,1] -> 第一行1的个数=3 -> 已经超过3,跳过。
所以只有001,010,100满足,共3种?但题目说n=3时输出4。
为什么?题目例子输出:3 4
我们重新检查:题目中n=3时,总符号数6,要求0和1各3个。
我们上面只得到3种,那么漏掉了哪种?
检查:011这个第一行我们得到了一个三角形:
第一行:0,1,1 -> 第二行:0^1=1, 1^1=0 -> [1,0](第二行两个符号) -> 第三行:1^0=1 -> [1]
所以整个三角形:
0 1 1
1 0
1
1的个数:第一行两个1,第二行一个1,第三行一个1,共4个1,所以0的个数为2,不满足。
但是,我们漏掉了一种:110?上面110我们计算了,1的个数是4。
再看101:第一行1,0,1 -> 第二行:1^0=1, 0^1=1 -> [1,1] -> 第三行:1^1=0 -> [0]
整个三角形:
1 0 1
1 1
0
1的个数:第一行2个,第二行2个,第三行0个,共4个。
那么为什么题目输出4?我们可能漏了哪种?
我们重新数一下满足条件的:
001:
0 0 1 -> 第一行:0,0,1 -> 1的个数1
第二行:0,1 -> 1的个数1(累计2)
第三行:1 -> 1的个数1(累计3) -> 满足
010:
0 1 0 -> 第一行:1的个数1
第二行:1,1 -> 1的个数2(累计3)-> 满足
100:
1 0 0 -> 第一行:1的个数1
第二行:1,0 -> 1的个数1(累计2)
第三行:1 -> 1的个数1(累计3)-> 满足
还有一种是?
011: 不满足(4个1)
101: 不满足(4个1)
110: 不满足(4个1)
111: 不满足(6个1?不对,整个三角形有6个符号,111:第一行3个1,第二行1^1=0,1^1=0 -> [0,0](0个1),第三行0(0个1),所以总共3个1?不对,第一行3个1,第二行两个0,第三行一个0,所以1的个数3,0的个数3,满足!
所以111满足:
1 1 1
0 0
0
1的个数:3(都在第一行),后面都是0。
所以111这种情况我们之前跳过了,因为第一行3个1(大于3?不对,total_half=3,所以第一行3个1等于3,我们并没有跳过。然后在构建第二行时:1^1=0,1^1=0 -> 两个0,所以ones没有增加(还是3),然后第三行0,也没有增加。所以ones=3,满足条件。
但是我们之前的代码中,对于111的处理:
第一行:ones=3,我们并没有跳过(因为3<=3),然后构建第二行:第一行[1,1,1] -> 第二行:计算第一个:1^1=0 -> next_row.append(0),然后ones不变(还是3);第二个:1^1=0 -> next_row.append(0) -> ones还是3。然后构建第三行:第二行[0,0] -> 0^0=0 -> next_row=[0] -> ones还是3。
所以最后ones=3,满足条件。
那么为什么我们在枚举时没有计数?因为我们在111这个mask时,内层循环没有提前终止(因为ones=3,一直等于3,没有超过),所以最后计数会加1。
那么为什么我们上面手工枚举时认为111有3个1?我们上面写的是111:第一行3个1,然后跳过?不对,我们代码中对于第一行ones=3并没有跳过(因为3<=3),所以会继续构建。
所以上面手工枚举时,我们漏掉了111这种情况。所以总共4种:001,010,100,111。
那么为什么我们上面手工枚举111时,我们写的是“111: 第一行1的个数=3 -> 已经超过3,跳过”?这是错误的,因为3等于3,所以不跳过。
所以修正:111没有跳过,所以应该计数一次。
因此,我们上面手工枚举的结果应该是4种。
所以代码逻辑正确。
但是,为什么我们之前手工枚举111时,认为跳过了?因为我们写的是“如果第一行已经超过一半,跳过”,而3没有超过3,所以不跳过。
因此,代码中我们写的是:
if ones > total_half: # 跳过
continue
所以等于时并不跳过。
因此,代码应该能正确计算n=3为4。
但是,我们运行一下n=3,看输出是不是4。
由于时间关系,我们直接写代码,然后测试。
但是,n=16时计算量较大,我们需要优化:用迭代方式避免列表操作,直接使用位运算和整数来递推整个三角形?
我们可以用位运算来加速:用一个整数表示一行,然后下一行可以这样计算:
next_row = (current_row >> 1) ^ current_row # 然后取低(n-1)位
但是,这样得到的位表示:假设当前行是bit0,bit1,bit2,...,bit_{k-1}(k为当前行长度),那么下一行应该是每个相邻两位的异或。
而 (current_row >> 1) ^ current_row 会得到:
新的第0位 = bit0 ^ bit1
新的第1位 = bit1 ^ bit2
...
新的第k-2位 = bit_{k-2} ^ bit_{k-1}
所以下一行的整数 = (current_row >> 1) ^ current_row,然后我们只需要保留低(k-1)位(即与 (1<<(k-1))-1 进行与操作)。
同时,统计1的个数:我们可以用bin(x).count('1'),但这样比较慢。我们可以在构建过程中用前面递推的方法统计。
但是,为了清晰,我们仍用列表。如果速度不够再优化。
先按列表实现,如果n=16运行太慢,再改用位运算。
另外,n=4时,我们预期输出6,可以测试。
我们运行一下n=1,2,3,4。
由于题目要求,我们写完整代码,并测试。
注意:当n=0时,我们跳过。预计算时n从1到16。
代码实现:
由于n最大16,我们直接枚举。
但是,n=16时,2^16=65536,对于每个mask,我们最多计算136次(16+15+...+1=136)次操作,所以总操作数65536*136=8912896,在Python中可能运行几秒。
我们写代码并测试。
但是,为了确保正确性,我们用已知结果测试:n=3输出4,n=4输出6。
另外,n=1:总符号数1(奇数),输出0;n=2:总符号数3(奇数),输出0;n=4:总符号数10(偶数),输出6。
开始编码:
注意:我们使用列表,并且用位运算生成第一行。
但是,我们使用剪枝:在构建过程中,如果ones超过total_half,就提前终止。
代码:
我们将预计算部分写成一个函数:
注意:在构建三角形过程中,我们使用两个列表:current_row和next_row,并在循环中更新。
由于我们预先计算1到16,所以我们可以用一个循环n从1到16。
由于计算量较大,我们可能需要优化,但先实现。
实际运行测试:n=3时,输出4;n=4时,输出6。
运行n=4:总符号数10,要求1的个数为5。
有多少种第一行满足?应该是6种。
我们手工验证几种:
0000: 全0 -> 1的个数0,不满足。
0001: 第一行1个1,后面构建:
0001 -> 第一行:0,0,0,1 -> 1的个数1
第二行:0,0,1 -> 1的个数1+1=2? 不对,第二行:0^0=0,0^0=0,0^1=1 -> [0,0,1] -> 1的个数1(累计2)
第三行:0^0=0,0^1=1 -> [0,1] -> 1的个数1(累计3)
第四行:0^1=1 -> [1] -> 1的个数1(累计4)-> 不满足5。
0010: 类似0001,对称,也是累计4个1。
0011: 第一行[0,0,1,1] -> 1的个数2
第二行:0^0=0, 0^1=1, 1^1=0 -> [0,1,0] -> 1的个数1(累计3)
第三行:0^1=1, 1^0=1 -> [1,1] -> 1的个数2(累计5)
第四行:1^1=0 -> [0] -> 0(累计5) -> 满足。
0100: 第一行[0,1,0,0] -> 1的个数1
第二行:0^1=1, 1^0=1, 0^0=0 -> [1,1,0] -> 1的个数2(累计3)
第三行:1^1=0, 1^0=1 -> [0,1] -> 1的个数1(累计4)
第四行:0^1=1 -> [1] -> 1的个数1(累计5)-> 满足。
0101: 第一行[0,1,0,1] -> 1的个数2
第二行:0^1=1, 1^0=1, 0^1=1 -> [1,1,1] -> 1的个数3(累计5)-> 满足(因为后面全0?)
第三行:1^1=0, 1^1=0 -> [0,0] -> 0
第四行:0^0=0 -> [0] -> 0 -> 所以总1的个数=2+3=5,满足。
0110: 第一行[0,1,1,0] -> 1的个数2
第二行:0^1=1, 1^1=0, 1^0=1 -> [1,0,1] -> 1的个数2(累计4)
第三行:1^0=1, 0^1=1 -> [1,1] -> 1的个数2(累计6)-> 超过5,不满足。
0111: 第一行[0,1,1,1] -> 1的个数3
第二行:0^1=1, 1^1=0, 1^1=0 -> [1,0,0] -> 1的个数1(累计4)
第三行:1^0=1, 0^0=0 -> [1,0] -> 1的个数1(累计5)
第四行:1^0=1 -> [1] -> 1的个数1(累计6)-> 超过,不满足。
1000: 对称0001,累计4,不满足。
1001: 第一行[1,0,0,1] -> 1的个数2
第二行:1^0=1, 0^0=0, 0^1=1 -> [1,0,1] -> 1的个数2(累计4)
第三行:1^0=1, 0^1=1 -> [1,1] -> 1的个数2(累计6)-> 超过,不满足。
1010: 第一行[1,0,1,0] -> 1的个数2
第二行:1^0=1, 0^1=1, 1^0=1 -> [1,1,1] -> 1的个数3(累计5)-> 满足(后面全0)
1011: 第一行[1,0,1,1] -> 1的个数3
第二行:1^0=1, 0^1=1, 1^1=0 -> [1,1,0] -> 1的个数2(累计5)-> 满足(因为第三行:1^1=0, 1^0=1 -> [0,1] -> 1的个数1(累计6)-> 超过?)
我们计算:
第一行:1,0,1,1 -> 1的个数3
第二行:1^0=1, 0^1=1, 1^1=0 -> [1,1,0] -> 1的个数2(累计5)
第三行:1^1=0, 1^0=1 -> [0,1] -> 1的个数1(累计6)-> 超过5,不满足。
所以不满足。
1100: 第一行[1,1,0,0] -> 1的个数2
第二行:1^1=0, 1^0=1, 0^0=0 -> [0,1,0] -> 1的个数1(累计3)
第三行:0^1=1, 1^0=1 -> [1,1] -> 1的个数2(累计5)
第四行:1^1=0 -> [0] -> 0 -> 满足,总1的个数=2+1+2=5。
1101: 第一行[1,1,0,1] -> 1的个数3
第二行:1^1=0, 1^0=1, 0^1=1 -> [0,1,1] -> 1的个数2(累计5)-> 满足(第三行:0^1=1, 1^1=0 -> [1,0] -> 1的个数1(累计6)-> 超过?)
所以:
第三行:0^1=1, 1^1=0 -> [1,0] -> 1的个数1(累计6)-> 超过,不满足。
1110: 第一行[1,1,1,0] -> 1的个数3
第二行:1^1=0, 1^1=0, 1^0=1 -> [0,0,1] -> 1的个数1(累计4)
第三行:0^0=0, 0^1=1 -> [0,1] -> 1的个数1(累计5)-> 满足(第四行:0^1=1 -> 1,累计6?)
第四行:0^1=1 -> [1] -> 1的个数1 -> 累计6,超过5,不满足。
1111: 第一行4个1 -> 1的个数4(已经超过5?不对,4<5,所以继续)
第二行:1^1=0, 1^1=0, 1^1=0 -> [0,0,0] -> 1的个数0(累计4)
第三行:0^0=0,0^0=0 -> [0,0] -> 0(累计4)
第四行:0^0=0 -> [0] -> 0(累计4)-> 4<5,不满足。
所以满足的有:
0011 -> 累计5
0100 -> 累计5
0101 -> 累计5
1010 -> 累计5
1100 -> 累计5
还有吗?我们没有找到第六个。
但是,我们漏了哪些?比如0000到1111共16种,我们上面列出了:
0011, 0100, 0101, 1010, 1100 -> 5种。
还有一种:0010我们之前认为不满足,但再检查:
0010: 第一行[0,0,1,0] -> 1的个数1
第二行:0^0=0, 0^1=1, 1^0=1 -> [0,1,1] -> 1的个数2(累计3)
第三行:0^1=1, 1^1=0 -> [1,0] -> 1的个数1(累计4)
第四行:1^0=1 -> [1] -> 1的个数1(累计5)-> 满足。
所以0010也满足。
因此,满足的6种:0010,0011,0100,0101,1010,1100。
所以n=4输出6,正确。
因此,我们代码中需要正确统计。
现在,我们写代码并测试。
由于计算量,我们可能不能提交到OJ(如果时间限制严格),但题目n<17,且输入n不会超过16,所以可以。
我们写完整代码。
注意:当n=0时,输入0结束。
代码:
</think>
### 符号三角形问题解决方案
这个问题要求计算符号三角形的数量,其中符号三角形满足以下条件:
1. 第一行有n个"+"或"-"符号
2. 每下一行比上一行少一个符号
3. 符号生成规则:两个同号下面是"+",异号下面是"-"
4. 整个三角形中"+"和"-"的数量相等
以下是完整的Python解决方案:
```python
import sys
# 预计算1到16的结果
results = [0] * 17 # 索引0到16
for n in range(1, 17):
total_cells = n * (n + 1) // 2 # 三角形总符号数
# 如果总符号数为奇数,不可能有相等数量的+和-
if total_cells % 2 != 0:
results[n] = 0
continue
half = total_cells // 2 # 目标值(+或-的数量)
count = 0
# 枚举所有可能的初始行(2^n种可能)
for mask in range(1 << n):
# 生成第一行(0表示+,1表示-)
row = []
ones = 0 # 统计1的个数(代表-)
for i in range(n):
bit = (mask >> i) & 1
row.append(bit)
if bit:
ones += 1
# 如果第一行就超过一半,跳过
if ones > half:
continue
current = row
flag = False # 标记是否提前终止
# 构建后续行
for i in range(1, n):
next_row = []
for j in range(len(current) - 1):
val = current[j] ^ current[j + 1] # 异或运算
next_row.append(val)
if val:
ones += 1
# 如果已超过一半,提前终止
if ones > half:
flag = True
break
if flag:
break
current = next_row
# 如果1的个数等于目标值,计数加1
if not flag and ones == half:
count += 1
results[n] = count
# 处理输入输出
input_lines = []
while True:
line = sys.stdin.readline().strip()
if not line or line == '0':
break
input_lines.append(int(line))
print("result:")
for n in input_lines:
print(f"{n} {results[n]}")
```
### 代码解释:
1. **预计算所有n(1-16)的结果**:
- 使用数组`results`存储每个n对应的符号三角形数量
- 对于每个n,计算总符号数`total_cells = n*(n+1)//2`
- 如果`total_cells`为奇数,直接结果为0(无法平均分配)
2. **枚举初始行**:
- 使用位掩码`mask`枚举所有可能的初始行(0到2^n-1)
- 将掩码转换为二进制表示(0代表"+",1代表"-")
- 统计初始行中1的个数(代表"-"的数量)
3. **构建三角形**:
- 使用迭代方法构建后续行
- 下一行元素 = 当前行相邻元素的异或(同号为0,异号为1)
- 实时统计1的个数("-"的数量)
- 如果1的个数超过总数的一半,提前终止
4. **结果判定**:
- 如果1的个数等于总符号数的一半,计数加1
- 输出所有输入n对应的结果
5. **输入输出处理**:
- 读取所有输入直到遇到0
- 按格式输出结果
### 时间复杂度:
- 对于每个n,枚举2^n种初始行
- 每行最多计算O(n^2)次异或操作
- 最大n=16时,总操作数约16×65536=1,048,576次,可接受
### 示例验证:
输入:
```
1
2
3
4
0
```
输出:
```
result:
1 0
2 0
3 4
4 6
```
验证:
- n=1,2:总符号数为奇数,输出0
- n=3:有4种有效符号三角形
- n=4:有6种有效符号三角形