每天一道C语言编程(2^k进制数)

题目描述

设r是个2^k 进制数,并满足以下条件:

(1)r至少是个2位的2^k 进制数。

(2)作为2^k 进制数,除最后一位外,r的每一位严格小于它右边相邻的那一位。

(3)将r转换为2进制数q后,则q的总位数不超过w。

在这里,正整数k(1≤k≤9)和w(k〈w≤30000)是事先给定的。

问:满足上述条件的不同的r共有多少个?

我们再从另一角度作些解释:设S是长度为w 的01字符串(即字符串S由w个"0"或"1"组成),S对应于上述条件(3)中的q。将S从右起划分为若干个长度为k 的段,每段对应一位2^k进制的数,如果S至少可分成2段,则S所对应的二进制数又可以转换为上述的2^k 进制数r。
例: 设k=3,w=7。则r是个八进制数(2^3=8)。由于w=7,长度为7的01字符串按3位一段分,可分为3段(即1,3,3,左边第一段只有一个二进制位),则满足条件的八进制数有:
2位数 :高位为1:6个(即12,13,14,15,16,17),高位为2:5个,...,高位为6:1个(即67)。共6+5+...+1=21个
3位数 :高位只能是1,第2位为2:5个(即123,124,125,126,127),第2位为3:4个,...,第2位为6:1个(即167)。共5+4+...+1=15个

所以,满足要求的r共有36个。

输入格式

只有1行,为两个正整数,用一个空格隔开:

k w

输出格式

1行,是一个正整数,为所求的计算结果,即满足条件的不同的r的个数(用十进制数表示),要求最高位不得为0,各数字之间不得插入数字以外的其他字符(例如空格、换行符、逗号等)。

(提示:作为结果的正整数可能很大,但不会超过200位)

样例输入

复制代码
3  7

样例输出

复制代码
36

解题思路(这一题脑袋转不过来,分析了好久,现在分享一下思路)

例k=3,w=7

则2^k=8,8进制数,在八进制数中列出 转换为2进制后的位数 小于7位数的数

例如8进制的12,转换为2进制后为1010

满足条件

1.r至少是个2位的2^k 进制数,12是2位的8进制数

2.12的每一位严格小于它右边相邻的那一位

3.转换为2进制后1010的位数4<7

对于8进制而言,2进制每3位数表示1个8进制数

得出结论:

● 要小于7位2进制数的话,8进制数的位数只能是2位和3位,把这一思路推广一下

● 除了首位以外,其他位的取值范围是000~111((2^k)-1),即每一位可以取0~7

●首位为0的情况下,可取w/k位,并且w/k>=2

●所以首位为0的合法解有

∑ C(2^k-1,i)(2<=i<=w/k)

即对于k=3,w=7的情况下,可取C(7,2),就是在1~7中选两个数都是合法的,那么有21种可能。为什么这21种解刚好符合题目例子(再看一遍题目,题目有例子喔)中2位数的合法解(21)呢?(只有严格递增的排列才是合法的)

●这里用的是C进行组合,从7个中选择2个,不可能有重复的两位数,并且排列并没有像A(排列)一样,(1,2):第一位是1,第二位是2(2,1)都取,这里我们默认只取(1,2),即严格递增的排列

●为什么没有(3,4)呢,因为(2<=i<=w/k)有限制

以上讨论了二进制首位为0的情况,接下来讨论二进制首位为1的情况

●如果首位非0,那么8进制数就是三位数

●除了首位外,还有w/k位,要符合**严格递增的要求,**首位的取值范围只能是1~2^(w%k)-1,例如

余下1位,那么只有0,1这两种可能,减去0这种可能就只有1种可能了

●设首位取值为val

●则剩下w/k位取值范围为val+1~(2^k)-1

●也就是有(2^k)-1-(val+1)+1个数,即2^k-1-val,按照首位为0来讨论,其合法解有

∑ C(2^k-1-val,w/k)(1<=val<=2^(w % k)-1)

用代码得出8进制数的最高位数 2<=n<=8进制数的最高位数

int Level(int k,int w)
{
    int n=0;
    while(w>0)
    {
        w-=k;
        n++;
    }
    return n;
}

重要注 (反复思考一下)

对于高精运算的处理,在网上学习到了一个比较巧妙的方法避开了复杂的数组运算,也可以有效避免溢出,就是把上面那些组合数的运算都转换成了 C(2^k-1,i) ---(+1-i)---- > C(2^k-i,i),即写C组合函数的时候不是计算C(2^k-1,i),而是计算C(2^k-i+i-1,i),即我们把(2^k-i,i)代入函数得到的是(2^k-1,i)的结果,那么C(2^k-1,i) <---(-1+i)---- C(2^k-i,i),就需要将C(n,m)的计算,变为C(n+m-1,m)

long sump(int n, int m)        //公式为C(n+m-1)(m)
{
    int i;
    long sum = 1;
    for(i = 0 ; i < m ; i++)
        sum *= (n+m-1-i);
    for(i = 1 ; i <= m ; i++)
        sum /= i;
        return sum;
}

sump(2^k-i,i)----->n=2^k-i,m=i------->C(2^k-1,i)

sump(sump( 2^k- w/k - i , w/k)----->n=2^k-w/k-i m=w/k------>C(2^k-i-1,w/k)

反过来如果我们要计算C(2^k-i-1,w/k),公式位C(n+m-1)(m),也可以得到n=2^k-w/k-i

最终代码为

#include<stdio.h>
#include<math.h>
long sump(int n, int m)        //公式为C(n+m-1)(m)
{
    int i;
    long sum = 1;
    for(i = 0 ; i < m ; i++)
        sum *= (n+m-1-i);
    for(i = 1 ; i <= m ; i++)
        sum /= i;
        return sum;
}

int Level(int k,int w)//计算最高有几位数
{
    int n=0;
    while(w>0)
    {
        w-=k;
        n++;
    }
    return n;
}

int main()
{
    int k ,w ,i ;
    scanf("%d%d",&k,&w);
    int level = Level(k,w);
    int max = pow( 2.0 , k);//这里的max是去不到的,例如k=3,2^3=8,8进制每一位最高111,就是7
    int gao = pow( 2.0, w%k)-1;//最高位的数的最大值,即val,可以取0,就是w/k能整除的情况
    
    //开始计算,分两种情况,第一种,首位为0,那么后面x位数对应的个数符合c[max-1][x]
    long long sum = 0;
    
    //去掉最高位 level-1;且至少两位i=2开始
    for(i = 2 ; i <= level - 1;i++)
        sum += sump( max - i,i);

    //第二种情况,首位不是0,如果首位为n,解就有C[max-1-n][w/k]
    for( i = 1 ; i <= gao ; i++)
        sum += sump( max - w/k - i , w/k);
        printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

如果上面计算有点糊涂,可以直接根据公式来:

#include<stdio.h>
#include<math.h>
long sump(int n, int m)        //公式为C(n)(m)
{
    int i;
    long sum = 1;
    for(i = 0 ; i < m ; i++)
        sum *= (n-i);
    for(i = 1 ; i <= m ; i++)
        sum /= i;
    return sum;
}

int Level(int k,int w)//计算最高有几位数
{
    int n=0;
    while(w>0)
    {
        w-=k;
        n++;
    }
    return n;
}

int main()
{
    int k ,w ,i ;
    scanf("%d%d",&k,&w);
    int level = Level(k,w);
    int max = pow( 2.0 , k);//这里的max是去不到的,例如k=3,2^3=8,8进制每一位最高111,就是7
    int gao = pow( 2.0, w%k)-1;//最高位的数的最大值,即val,可以取0,就是w/k能整除的情况
    
    //开始计算,分两种情况,第一种,首位为0,那么后面x位数对应的个数符合c[max-1][x]
    long long sum = 0;

    
    for(i=2;i<=w/k;i++)
        sum+=sump(max-1,i);
    
    //第二种情况,首位不是0,如果首位为n,解就有C[max-1-n][w/k]
    for( i = 1 ; i <= gao ; i++)
        sum += sump(max-1-i, w/k);
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

这一题主要是理解题意+分析,代码编写方面难度不大

既然提到了进制,顺便复习一下进制转换

编写一个程序,不使用格式控制符 %x 的情况下,将十进制数转换为十六进制

代码如下

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>


int main(void)
{
    int decimal;
    bool negative = false;
    
    printf("输入一个十进制数: ");
    scanf("%d", &decimal); 
    
    // 判断并记录要转换的十进制数的正负号
    if(decimal < 0)
    {
        negative = true;
        decimal *= -1;
    }
    
    // 将该十进制数对16进行短除法,并将余数依次存入数组num中
    int i;
    char hex[10];
    for(i=0; i<10 && decimal!=0; i++)
    {
        switch(decimal % 16)
        {
        case 0 ... 9:
            hex[i] = decimal%16 + '0';
            break;
        case 10 ... 15:
            hex[i] = decimal%16 - 10 + 'A';
            break;
        }
        decimal /= 16;
    }

    
    printf("转换成十六进制为: %c0x", negative?'-':' ');
    
    // 将数组num中的数字倒序输出
    int j;
    for(j=i-1; j>=0; j--)
    {
        printf("%c", hex[j]);
    }
    
    printf("\n");
    return 0;
}

结果展示

今天的每日一题就到这里,如果有任何问题,请大佬们不吝赐教!💖💖💖

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