洛谷P1586 四方定理

题目描述

四方定理是众所周知的:任意一个正整数nn ,可以分解为不超过四个整数的平方和。例如:25=1^{2}+2^{2}+2^{2}+4^{2}25=12+22+22+42 ,当然还有其他的分解方案,25=4^{2}+3^{2}25=42+32 和25=5^{2}25=52 。给定的正整数nn ,编程统计它能分解的方案总数。注意:25=4^{2}+3^{2}25=42+32 和25=3^{2}+4^{2}25=32+42 视为一种方案。

输入输出格式

输入格式:

 

第一行为正整数tt (t\le 100t100 ),接下来tt 行,每行一个正整数nn (n\le 32768n32768 )。

 

输出格式:

 

对于每个正整数nn ,输出方案总数。

 

输入输出样例

输入样例#1: 复制
1
2003
输出样例#1: 复制
48







$N^4$暴力可过
正解是背包$dp[i][j]$表示用$i$种平方数拼出$j$的方案数
// luogu-judger-enable-o2
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define LL long long 
using namespace std;
const int MAXN=1e5+10;
int dp[5][MAXN];
int main()
{
    #ifdef WIN32
    freopen("a.in","r",stdin);
    #else
    #endif
    dp[0][0]=1;
    for(register int i=1;i<=200;i++)
        for(register int j=1;j<=4;j++)
            for(register int k=1;k<=32768;k++)
                if(i*i<=k)
                    dp[j][k]+=dp[j-1][k-i*i];
    int T;    
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        int a;
        scanf("%d",&a);
        printf("%d\n",dp[1][a]+dp[2][a]+dp[3][a]+dp[4][a]);
    }
    return 0;
}

 

// luogu-judger-enable-o2
#include<iostream>
#include<cstdio>
#define LL long long 
using namespace std;
const int MAXN=1e6+10;
int mul[MAXN],dp[MAXN];
int ans[MAXN];
int main()
{
    #ifdef WIN32
    freopen("a.in","r",stdin);
    #else
    #endif
    int N=200;
    for(int i=1;i<=N;i++) mul[i]=i*i;
    for(int i=1;i<=N;i++) ans[ mul[i] ] ++;
    for(int i=1;i<=N;i++)
        for(int j=i;j<=N;j++)
            ans[ mul[i]+mul[j] ] ++;
    for(int i=1;i<=N;i++)
        for(int j=i;j<=N;j++)
            for(int k=j;k<=N;k++)
                ans[ mul[i]+mul[j]+mul[k] ] ++;
    for(int i=1;i<=N;i++)
        for(int j=i;j<=N;j++)
            for(int k=j;k<=N;k++)
                for(int l=k;l<=N;l++)
                    ans[ mul[i]+mul[j]+mul[k]+mul[l] ]++;
    int T;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        int a;
        scanf("%d",&a);
        printf("%d\n",ans[a]);
    }
    
    return 0;
}

 

 
四方定理,也称为四平方和定理,是一个经典的数论命题。该定理表明任何一个非负整数都可以表示成至多四个整数的平方之和。 以下是关于四方定理及其在数学与计算机应用方面的相关信息: --- ### 四方定理的基本概念 四方定理的核心内容是: 对于任意一个非负整数 \( n \),总可以找到四个整数 \( a, b, c, d \) (可能为零),使得满足如下关系: $$ n = a^2 + b^2 + c^2 + d^2 $$ 例如: - 对于 \( n = 7 \),可以选择 \( a=2, b=1, c=0, d=0 \),因为 \( 7 = 2^2 + 1^2 + 0^2 + 0^2 \)。 - 对于 \( n = 15 \),可以选择 \( a=3, b=2, c=1, d=1 \),因为 \( 15 = 3^2 + 2^2 + 1^2 + 1^2 \)。 --- ### 数学证明简述 四方定理最早由法国数学家约瑟夫·拉格朗日在1770年提出并证明。其核心思想依赖于模运算理论以及二次型的研究成果。具体来说,它利用了高斯引理和费马两平方和定理等工具完成推导过程。 现代版本的证明通常结合代数几何、群论等领域知识展开深入探讨。 --- ### 计算机科学中的应用 #### 方法一:算法实现 在编程领域中,四方定理可用于解决某些优化问题或验证性质的任务。比如给定某个正整数 \( N \),需要快速判断是否存在符合要求的一组解。一种常见做法采用暴力枚举法或者动态规划策略解决问题。 伪代码示例: ```python import math def four_squares(n): for a in range(int(math.sqrt(n)) + 1): for b in range(int(math.sqrt(n - a**2)) + 1): for c in range(int(math.sqrt(n - a**2 - b**2)) + 1): d_square = n - (a**2 + b**2 + c**2) if d_square >= 0 and int(math.isqrt(d_square)) ** 2 == d_square: return [a, b, c, int(math.isqrt(d_square))] return None ``` 此函数接受输入参数 `n` 后返回一组符合条件的答案列表 `[a,b,c,d]`。 #### 方法二:密码学研究 由于涉及复杂的分解计算特性,在一些加密协议设计过程中也会参考类似思路构建安全机制。特别是当面对大规模数据处理需求时,高效求解此类问题是关键所在。 #### 方法三:组合优化建模 实际工程场景里常遇到资源分配类难题,此时借助四平方和形式建立目标函数有助于简化约束条件描述方式,进而提升整体效率表现。 --- ### 实际案例分享 假设某公司计划采购一批服务器用于分布式存储系统部署工作,则可以根据预算限制情况设定相应规则以确定最佳配置方案数量级大小范围内的最优选项集合。 ---
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