四平方和(c)

本文探讨了四平方和定理(拉格朗日定理)的实现,该定理指出任何正整数都能表示为四个整数的平方和。通过两段C语言代码示例,展示了如何找出表示特定正整数的最小平方和组合,并按升序输出。

四平方和定理,又称为拉格朗日定理: 每个正整数都可以表示为至多4个正整数的平方和。 如果把0包括进去,就正好可以表示为4个数的平方和。

比如: 5 = 0^2 + 0^2 + 1^2 + 2^2

7 = 1^2 + 1^2 + 1^2 + 2^2 (^符号表示乘方的意思)

对于一个给定的正整数,可能存在多种平方和的表示法。 要求你对4个数排序: 0 <= a <= b <= c <= d 并对所有的可能表示法按 a,b,c,d 为联合主键升序排列,最后输出第一个表示法。

输入格式:
程序输入为一个正整数N (N<5000000)。

输出格式:
请在这里描述输出格式。例如:对每一组输入。

输入样例:
例如,输入:

5
输出样例:
在这里给出相应的输出。例如:

0 0 1 2
c语言实现代码:

#include<stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
	int n,p;
	int m,sum=0;
	int count=0;
	scanf("%d",&n);
	m=n;
	while(m!=0){
		m=(int)sqrt(n);
		printf("%d ",m);
		count++;
		p=pow(m,2);
		sum+=p;
		m=n-p;
		n=m;
	}
	while(count<4)
	{
	printf("0 ");
	count++;	
	}
}

结果:

5
2 1 0 0

此结果与要求实现的结果顺序相反,这说明程序需继续改进,我打算将输出结果放在数组里面重新输出。

#include<math.h>  
#include <stdio.h>
int main()  
{  
    int n,a,b,c,d;  
    scanf("%d",&n);   
    int sqn = int(sqrt(n));
    for(a=0;a<=sqn;++a)  
    {  
        for(b=a;b<=sqn;++b)  
        {  
            for(c=b;c<=sqn;++c)  
            {  
                d=sqrt(n-a*a-b*b-c*c);  
                if(n==a*a+b*b+c*c+d*d)  
                {  
                    if(c>d)  
                    {  
                        int temp=d;  
                        d=c;  
                        c=temp;  
                    }   
                    printf("%d %d %d %d\n",a,b,c,d);  
                    return 0;  
                }   
            }   
        }   
    }   
}

上面代码是在网上借鉴的。

### 实现平方和定理的Python代码 为了验证平方和定理,即任意自然数可以表示成最多个整数的平方之和,下面提供了一种通过穷举法来寻找符合条件的个整数的方法[^1]。 ```python #!/usr/bin/python3 # -*- coding: utf-8 -*- # @desc: 验证平方和定理 def find_four_squares(number): """ 查找给定自然数由个整数平方组成的组合。 参数: number (int): 用户输入的一个自然数 返回: tuple or None: 如果找到合适的个整数组合则返回该元组;否则返回None """ for x1 in range(int(number**0.5), -1, -1): for x2 in range(int((number-x1*x1)**0.5), -1, -1): for x3 in range(int((number-x1*x1-x2*x2)**0.5), -1, -1): x4 = (number-x1*x1-x2*x2-x3*x3)**0.5 if x4.is_integer(): return (x1, x2, x3, int(x4)) return None if __name__ == "__main__": try: num_input = int(input("请输入一个正整数:")) result = find_four_squares(num_input) if result is not None: print(f"{num_input}={result[0]}²+{result[1]}²+{result[2]}²+{result[3]}²") else: print("未找到满足条件的结果") except ValueError as e: print("输入错误,请确认您输入的是有效的正整数。") ``` 这段代码定义了一个`find_four_squares()`函数用于查找能够组成目标自然数n的最大可能值作为第一个变量x1,并依次减少直到最小可能性(-1),接着对于剩余部分继续尝试其他三个变量x2,x3,x4的可能性直至成功匹配或遍历结束。当找到了一组解时立即停止搜索并输出结果[^3]。
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