POJ 3134 Power Calculus (IDA*)

该博客探讨了如何通过最少的乘法和除法运算来计算x^n,其中x是初始值,n是正整数。文章介绍了不同的算法策略,包括利用平方和倍增来减少计算步骤,并展示了如何在拥有除法操作时进一步优化计算过程。通过递归和迭代加深搜索的方法,找到达到x^n所需的最小操作数。示例展示了对于不同输入n的解决方案,如n=31、70、91等,输出了对应的最少操作次数。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

题目描述
Starting with x and repeatedly multiplying by x, we can compute x31 with thirty multiplications:
x2 = x × x, x3 = x2 × x, x4 = x3 × x, …, x31 = x30 × x.
The operation of squaring can be appreciably shorten the sequence of multiplications. The following is a way to compute x31 with eight multiplications:
x2 = x × x, x3 = x2 × x, x6 = x3 × x3, x7 = x6 × x, x14 = x7 × x7, x15 = x14 × x, x30 = x15 × x15, x31 = x30 × x.
This is not the shortest sequence of multiplications to compute x31. There are many ways with only seven multiplications. The following is one of them:
x2 = x × x, x4 = x2 × x2, x8 = x4 × x4, x8 = x4 × x4, x10 = x8 × x2, x20 = x10 × x10, x30 = x20 × x10, x31 = x30 × x.
If division is also available, we can find a even shorter sequence of operations. It is possible to compute x31 with six operations (five multiplications and one division):
x2 = x × x, x4 = x2 × x2, x8 = x4 × x4, x16 = x8 × x8, x32 = x16 × x16, x31 = x32 ÷ x.
This is one of the most efficient ways to compute x31 if a division is as fast as a multiplication.
Your mission is to write a program to find the least number of operations to compute xn by multiplication and division starting with x for the given positive integer n. Products and quotients appearing in the sequence should be x to a positive integer’s power. In others words, x−3, for example, should never appear.
输入描述:
The input is a sequence of one or more lines each containing a single integer n. n is positive and less than or equal to 1000. The end of the input is indicated by a zero.
输出描述:
Your program should print the least total number of multiplications and divisions required to compute xn starting with x for the integer n. The numbers should be written each in a separate line without any superfluous characters such as leading or trailing spaces.
示例
输入
1
31
70
91
473
512
811
953
0
输出
0
6
8
9
11
9
13
12

题目大意: 给出正整数n,若只能使用乘法或除法,输出使x经过运算(自己乘或除自己,以及乘或除运算过程中产生的中间结果)变成x^n的最少步数
若干行数据,对应每行输入的n所需的步数

由于只能乘除已有的数字,一定是x的倍数,等价于从数字1开始,用加减法最少多少次能得到n
初始值都是1, 然后递归求解,因为迭代加深搜索(指定递归深度,每次DFS都不超过这个深度),所以时机不对的时候就回来,然后又使用了评估函数进行优化

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <iomanip>

using namespace std;

//只看指数即可,从1开始,直到加到n(只允许使用加减)
int depth,a[1005],n;
bool IDA(int pos,int depth)
{
    if(pos>depth) return 0;//IDDFS
    if(a[pos]==n) return 1;
    if(a[pos]<<(depth-pos)<n) return 0;//估价函数,最快的倍增都不能到达,不可实现//剪枝操作
    for(int i=0;i<=pos;i++)
    {
        a[pos+1]=a[pos]+a[i];//加操作
        if(IDA(pos+1,depth)) return 1;
        a[pos+1]=abs(a[pos]-a[i]);//减操作
        if(IDA(pos+1,depth)) return 1;
    }
    return 0;
}

int main()
{
    std::ios::sync_with_stdio(false);
    while(cin>>n&&n)
    {
       for(depth=0;;depth++)
       {
           a[0]=1;
           if(IDA(0,depth)) break;//每次都从0开始,到depth层结束
       }
       cout<<depth<<endl;
    }
	return 0;
}

这是一道比较经典的计数问题。题目描述如下: 给定一个 $n \times n$ 的网格图,其中一些格子被标记为障碍。一个连通块是指一些被标记为障碍的格子的集合,满足这些格子在网格图中连通。一个格子是连通的当且仅当它与另一个被标记为障碍的格子在网格图中有公共边。 现在,你需要计算在这个网格图中,有多少个不同的连通块,满足这个连通块的大小(即包含的格子数)恰好为 $k$。 这是一道比较经典的计数问题,一般可以通过计算生成函数的方法来解决。具体来说,我们可以定义一个生成函数 $F(x)$,其中 $[x^k]F(x)$ 表示大小为 $k$ 的连通块的个数。那么,我们可以考虑如何计算这个生成函数。 对于一个大小为 $k$ 的连通块,我们可以考虑它的形状。具体来说,我们可以考虑以该连通块的最左边、最上边的格子为起点,从上到下、从左到右遍历该连通块,把每个格子在该连通块中的相对位置记录下来。由于该连通块的大小为 $k$,因此这些相对位置一定是 $(x,y) \in [0,n-1]^2$ 中的 $k$ 个不同点。 现在,我们需要考虑如何计算这些点对应的连通块是否合法。具体来说,我们可以考虑从左到右、从上到下依次处理这些点,对于每个点 $(x,y)$,我们需要考虑它是否能够与左边的点和上边的点连通。具体来说,如果 $(x-1,y)$ 和 $(x,y)$ 都在该连通块中且它们在网格图中有公共边,那么它们就是连通的;同样,如果 $(x,y-1)$ 和 $(x,y)$ 都在该连通块中且它们在网格图中有公共边,那么它们也是连通的。如果 $(x,y)$ 与左边和上边的点都不连通,那么说明这个点不属于该连通块。 考虑到每个点最多只有两个方向需要检查,因此时间复杂度为 $O(n^2 k)$。不过,我们可以使用类似于矩阵乘法的思想,将这个过程优化到 $O(k^3)$ 的时间复杂度。 具体来说,我们可以设 $f_{i,j,k}$ 表示状态 $(i,j)$ 所代表的点在连通块中,且连通块的大小为 $k$ 的方案数。显然,对于一个合法的 $(i,j,k)$,我们可以考虑 $(i-1,j,k-1)$ 和 $(i,j-1,k-1)$ 这两个状态,然后把点 $(i,j)$ 加入到它们所代表的连通块中。因此,我们可以设计一个 $O(k^3)$ 的 DP 状态转移,计算 $f_{i,j,k}$。 具体来说,我们可以考虑枚举连通块所包含的最右边和最下边的格子的坐标 $(x,y)$,然后计算 $f_{x,y,k}$。对于一个合法的 $(x,y,k)$,我们可以考虑将 $(x,y)$ 所代表的点加入到 $(x-1,y,k-1)$ 和 $(x,y-1,k-1)$ 所代表的连通块中。不过,这里需要注意一个细节:如果 $(x-1,y)$ 和 $(x,y)$ 在网格图中没有相邻边,那么它们不能算作连通的。因此,我们需要特判这个情况。 最终,$f_{n,n,k}$ 就是大小为 $k$ 的连通块的个数,时间复杂度为 $O(n^2 k + k^3)$。 参考代码:
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值