UVa 10169 Urn-ball Probabilities ! (概率)

本文详细介绍了解决Urn-ball概率问题的全概率公式应用,包括递推式生成函数的构建,以及如何通过代码实现计算至少一次从两个瓮中取出红球的概率,以及在N次摸球中全部为红球的概率,特别关注于小数点后连续零的数量。

10169 - Urn-ball Probabilities !

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http://uva.onlinejudge.org/index.php?option=com_onlinejudge&Itemid=8&category=115&page=show_problem&problem=1110


看输出要求:The floating-point number indicates the probability that you have picked up two red balls in at least one of your pick-ups and the second integer denotes how many consecutive zeros are there after decimal point in the probability value that all of your pick ups has both balls as red.

第一个值是在N次摸球中,至少有一次从两个瓮中都取出红球的概率;第二个值是在N次摸球都是红球的概率中,在小数点后有多少个连续的0。


思路:

1. 全概率公式。如果前面摸了球,后面不管摸不摸到红球,概率都一样;前面如果没摸到球(1-P(n-1)),那么就要乘上这次摸到球的概率1/ (n*(n+1))

所以P(n) = P(n-1) + (1-P(n-1)) / (n*(n+1))

我们可以事先打表计算P(n)。

2. 每次都摸到红球的话,概率为(1*1/2)*(1/2*1/3)*...*(1/n*1/(n+1)),算连续0取对数即可。


求递推式的生成函数?(待研究,坑)


完整代码:

/*0.108s*/

#include<cstdio>
#include<cmath>
const long long N = 1000001;

double a[N], b[N];

int main()
{
	int n, i;
	double ans = 0.0, count = 0.0, tmp;
	for (i = 1; i < N; ++i)
	{
		tmp = (double)i * (i + 1);
		ans += (1 - ans) / tmp;
		count += log10(tmp);
		a[i] = ans, b[i] = count;
	}
	while (~scanf("%d", &n))
		printf("%.6f %d\n", a[n], (int)b[n]);
	return 0;
}

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <math.h> // 哈夫曼树节点结构 typedef struct Node { char symbol; // 符号(单字符) double prob; // 概率 struct Node *left; struct Node *right; struct Node *next; // 用于链表队列 } Node; Node *front = NULL; // 优先队列头指针(按概率升序) // 创建新节点 Node* createNode(char symbol, double prob) { Node *node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); if (!node) { fprintf(stderr, "内存分配失败!\n"); exit(1); } node->symbol = symbol; node->prob = prob; node->left = node->right = node->next = NULL; return node; } // 将节点插入链表并保持升序(小 -> 大) void enqueue(Node *node) { if (front == NULL || node->prob < front->prob) { node->next = front; front = node; } else { Node *temp = front; while (temp->next != NULL && temp->next->prob <= node->prob) { temp = temp->next; } node->next = temp->next; temp->next = node; } } // 删除并返回队首节点(最小概率) Node* dequeue() { if (front == NULL) return NULL; Node *temp = front; front = front->next; temp->next = NULL; return temp; } // 打印当前队列状态(用于可视化合并过程) void printQueue() { printf("当前队列: "); Node *cur = front; while (cur) { if (cur->symbol != '$') printf("'%c':%.3f ", cur->symbol, cur->prob); else printf("[*]:%.3f ", cur->prob); // 更清晰地表示内部节点 cur = cur->next; } printf("\n"); } // 递归生成并打印哈夫曼编码 void printCodes(Node *root, int code[], int top, int maxDepth) { if (top >= maxDepth) { fprintf(stderr, "错误:编码长度超过最大深度!\n"); return; } if (root->left != NULL) { code[top] = 0; printCodes(root->left, code, top + 1, maxDepth); } if (root->right != NULL) { code[top] = 1; printCodes(root->right, code, top + 1, maxDepth); } // 叶子节点:输出编码 if (root->left == NULL && root->right == NULL) { printf(" '%c' \t %.4f \t ", root->symbol, root->prob); for (int i = 0; i < top; i++) { printf("%d", code[i]); } printf("\n"); } } // 释放整棵树的内存 void freeTree(Node *root) { if (root == NULL) return; freeTree(root->left); freeTree(root->right); free(root); } // ✅ 提取 helper 函数到外部(解决嵌套函数问题) double calculateAvgLength(Node *root) { if (root == NULL) return 0.0; double avg = 0.0; void traverse(Node *r, int depth) { if (r == NULL) return; if (r->left == NULL && r->right == NULL) { // 叶子 avg += r->prob * depth; } traverse(r->left, depth + 1); traverse(r->right, depth + 1); } traverse(root, 0); return avg; } // 构建哈夫曼树并输出编码(增强交互性与可视化) void huffmanEncoding() { int n; // 输入符号个数 printf("=== 哈夫曼编码生成器 ===\n"); printf("请输入信源符号的个数: "); while (scanf("%d", &n) != 1 || n <= 0) { printf("无效输入,请输入一个正整数: "); while (getchar() != '\n'); // 清空输入缓冲区 } char *symbols = (char*)malloc(n * sizeof(char)); double *probabilities = (double*)malloc(n * sizeof(double)); if (!symbols || !probabilities) { fprintf(stderr, "内存分配失败!\n"); exit(1); } // 检查是否分配成功 printf("\n请依次输入 %d 个信源符号(每个为单个字符):\n", n); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("第 %d 个符号: ", i+1); while (getchar() != '\n'); // 清除换行符 scanf("%c", &symbols[i]); // 检查重复符号 for (int j = 0; j < i; j++) { if (symbols[j] == symbols[i]) { printf("⚠️ 警告:符号 '%c' 已存在!请重新输入第 %d 个符号: ", symbols[i], i+1); i--; // 重新输入这个位置 break; } } } printf("\n请依次输入对应的概率(总和应接近1):\n"); double sum = 0.0; for (int i = 0; i < n; i++) { printf("符号 '%c' 的概率: ", symbols[i]); while (scanf("%lf", &probabilities[i]) != 1 || probabilities[i] < 0) { printf("请输入有效的非负数: "); while (getchar() != '\n'); } sum += probabilities[i]; } // 归一化处理 if (fabs(sum - 1.0) > 1e-6) { printf("\n警告:概率总和为 %.4f,正在归一化...\n", sum); for (int i = 0; i < n; i++) { probabilities[i] /= sum; } printf("归一化完成。\n"); } // 显示输入结果 printf("\n--- 输入的信源分布 ---\n"); printf("符号\t概率\n"); for (int i = 0; i < n; i++) { printf("'%c'\t%.4f\n", symbols[i], probabilities[i]); } printf("------------------------\n\n"); // 初始化队列 front = NULL; // 创建叶子节点并加入队列 printf("开始构建哈夫曼树...\n\n"); for (int i = 0; i < n; ++i) { enqueue(createNode(symbols[i], probabilities[i])); } printf("初始队列: "); printQueue(); // 合并过程可视化 int step = 1; while (front->next != NULL) { Node *left = dequeue(); Node *right = dequeue(); double mergedProb = left->prob + right->prob; Node *parent = createNode('$', mergedProb); parent->left = left; parent->right = right; enqueue(parent); char leftSym = (left->symbol != '$') ? left->symbol : '*'; char rightSym = (right->symbol != '$') ? right->symbol : '*'; printf("步骤 %d: 合并 '%c'(%.3f) 和 '%c'(%.3f) → 新节点[%.3f]\n", step++, leftSym, left->prob, rightSym, right->prob, mergedProb); printf(" 当前队列: "); printQueue(); } // 输出最终编码 printf("\n✅ 哈夫曼编码结果如下:\n"); printf("符号\t概率\t\t编码\n"); printf("---------------------------------\n"); int maxDepth = n + 10; int *code = (int*)malloc(maxDepth * sizeof(int)); if (!code) { fprintf(stderr, "编码数组分配失败!\n"); free(symbols); free(probabilities); return; } printCodes(front, code, 0, maxDepth); free(code); // ✅ 使用提取的函数计算平均码长 double avgLength = calculateAvgLength(front); printf("---------------------------------\n"); printf("平均码长: %.4f bits/symbol\n", avgLength); // 释放资源 freeTree(front); front = NULL; free(symbols); free(probabilities); printf("✅ 编码完成,资源已释放。\n"); } // 主函数 int main() { huffmanEncoding(); return 0; } 纠错
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