3n+1

题目详情

对任何一个自然数n,如果它是偶数,那么把它砍掉一半;如果它是奇数,那么把(3n+1)砍掉一半。这样一直反复砍下去,最后一定在某一步得到n=1。卡拉兹在1950年的世界数学家大会上公布了这个猜想,传说当时耶鲁大学师生齐动员,拼命想证明这个貌似很傻很天真的命题,结果闹得学生们无心学业,一心只证(3n+1),以至于有人说这是一个阴谋,卡拉兹是在蓄意延缓美国数学界教学与科研的进展……

我们今天的题目不是证明卡拉兹猜想,而是对给定的任一不超过1000的正整数n,简单地数一下,需要多少步(砍几下)才能得到n=1?

输入格式:

多组数据,每行一个整数0<n<=100000

输出格式:

每行一个数,表示结果。

 

 

答题说明

输入样例

1

3

输出样例:

0

5

 

 

import java.util.Scanner;

public class TestThree {
    public static int Test(int n) {
        int count=0;
        if (n==1) {
            return count;
        }
        
        if (n%2==0) {
            count++;
            count=count+Test(n/2);
        }else {
            count++;
            count=Test((3*n+1)/2)+count;
        }
        return count;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        while (true) {
            int n=scanner.nextInt();
            System.out.println(Test(n));
        }
    }
}

 

### 关于3n+1问题的算法实现 #### 什么是3n+1问题? 3n+1问题也被称为Collatz猜想,是一个经典的数论问题。其核心思想是从任意正整数 \( n \) 开始,按照以下规则反复操作直到达到1为止: - 如果 \( n \) 是偶数,则将其除以2; - 如果 \( n \) 是奇数,则计算 \( 3n + 1 \)[^1]。 该过程会形成一个序列,称为Collatz序列。尽管尚未证明 Collatz 猜想对所有正整数都成立,但它已经被验证适用于非常大的数值范围。 以下是基于上述规则的一个Python实现: ```python def collatz_sequence(n): sequence = [] while n != 1: sequence.append(n) if n % 2 == 0: # If even n //= 2 else: # If odd n = 3 * n + 1 sequence.append(1) # Append the final value 1 return sequence # Example usage print(collatz_sequence(6)) # Output: [6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1] ``` 此函数接受一个正整数作为输入,并返回完整的Collatz序列。 #### 时间复杂度分析 对于给定的初始值 \( n \),生成整个Collatz序列的时间复杂度取决于序列长度。虽然具体的理论上限尚不清楚,但在实际应用中,每次迭代的操作成本为常量级(即 \( O(1) \)),因此整体时间复杂度大致与序列长度成线性关系【\( O(L) \), where \( L \) is the length of the sequence】[^2]。 #### 记忆化优化 为了减少重复计算,可以通过记忆化存储已经处理过的中间结果来加速程序执行。这种方法特别适合多次调用 `collatz_sequence` 函数的情况。 ```python from functools import lru_cache @lru_cache(maxsize=None) def memoized_collatz_length(n): if n == 1: return 1 elif n % 2 == 0: return 1 + memoized_collatz_length(n // 2) else: return 1 + memoized_collatz_length(3 * n + 1) # Example usage print(memoized_collatz_length(6)) # Output: 9 ``` 这里定义了一个辅助函数 `memoized_collatz_length` 来递归地求取序列长度,并利用装饰器 `@lru_cache` 实现自动缓存功能。 --- ###
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