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Description
兩只青蛙在網(wǎng)上相識了,它們聊得很開心,于是覺得很有必要見一面。它們很高興地發(fā)現(xiàn)它們住在同一條緯度線上,于是它們約定各自朝西跳,直到碰面為止??墒撬鼈兂霭l(fā)之前忘記了一件很重要的事情,既沒有問清楚對方的特征,也沒有約定見面的具體位置。不過青蛙們都是很樂觀的,它們覺得只要一直朝著某個(gè)方向跳下去,總能碰到對方的。但是除非這兩只青蛙在同一時(shí)間跳到同一點(diǎn)上,不然是永遠(yuǎn)都不可能碰面的。為了幫助這兩只樂觀的青蛙,你被要求寫一個(gè)程序來判斷這兩只青蛙是否能夠碰面,會在什么時(shí)候碰面。 我們把這兩只青蛙分別叫做青蛙A和青蛙B,并且規(guī)定緯度線上東經(jīng)0度處為原點(diǎn),由東往西為正方向,單位長度1米,這樣我們就得到了一條首尾相接的數(shù)軸。設(shè)青蛙A的出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)是x,青蛙B的出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)是y。青蛙A一次能跳m米,青蛙B一次能跳n米,兩只青蛙跳一次所花費(fèi)的時(shí)間相同。緯度線總長L米?,F(xiàn)在要你求出它們跳了幾次以后才會碰面。 Input 輸入只包括一行5個(gè)整數(shù)x,y,m,n,L,其中x≠y < 2000000000,0 < m、n < 2000000000,0 < L < 2100000000。 Output 輸出碰面所需要的跳躍次數(shù),如果永遠(yuǎn)不可能碰面則輸出一行"Impossible" Sample Input 1 2 3 4 5 Sample Output 4 解如下: 就是擴(kuò)展歐幾里德算法-求解不定方程,線性同余方程。 設(shè)過s步后兩青蛙相遇,則必滿足以下等式: (x+m*s)-(y+n*s)=k*l(k=0,1,2....) 稍微變一下形得: (n-m)*s+k*l=x-y 令n-m=a,k=b,x-y=c,即 a*s+b*l=c 只要上式存在整數(shù)解,則兩青蛙能相遇,否則不能。 首先想到的一個(gè)方法是用兩次for循環(huán)來枚舉s,l的值,看是否存在s,l的整數(shù)解,若存在則輸入最小的s, 但顯然這種方法是不可取的,誰也不知道最小的s是多大,如果最小的s很大的話,超時(shí)是明顯的。 其實(shí)這題用歐幾里德擴(kuò)展原理可以很快的解決,先來看下什么是歐幾里德擴(kuò)展原理: 歐幾里德算法又稱輾轉(zhuǎn)相除法,用于計(jì)算兩個(gè)整數(shù)a,b的最大公約數(shù)。其計(jì)算原理依賴于下面的定理: 定理:gcd(a,b) = gcd(b,a mod b) 證明:a可以表示成a = kb + r,則r = a mod b 假設(shè)d是a,b的一個(gè)公約數(shù),則有 d|a, d|b,而r = a - kb,因此d|r 因此d是(b,a mod b)的公約數(shù) 假設(shè)d 是(b,a mod b)的公約數(shù),則 d | b , d |r ,但是a = kb +r 因此d也是(a,b)的公約數(shù) 因此(a,b)和(b,a mod b)的公約數(shù)是一樣的,其最大公約數(shù)也必然相等,得證 歐幾里德算法就是根據(jù)這個(gè)原理來做的,其算法用C++語言描述為: int Gcd(int a, int b) { if(b == 0) return a; return Gcd(b, a % b); } 當(dāng)然你也可以寫成迭代形式: int Gcd(int a, int b) { while(b != 0) { int r = b; b = a % b; a = r; } return a; } 本質(zhì)上都是用的上面那個(gè)原理。 補(bǔ)充: 擴(kuò)展歐幾里德算法是用來在已知a, b求解一組x,y使得a*x+b*y=Gcd(a,b)(解一定存在,根據(jù)數(shù)論中的相關(guān)定理)。擴(kuò)展歐幾里德常用在求解模線性方程及方程組中。下面是一個(gè)使 用C++的實(shí)現(xiàn): int exGcd(int a, int b, int &x, int &y) { if(b == 0) { x = 1; y = 0; return a; } int r = exGcd(b, a % b, x, y); int t = x; x = y; y = t - a / b * y; return r; } 把這個(gè)實(shí)現(xiàn)和Gcd的遞歸實(shí)現(xiàn)相比,發(fā)現(xiàn)多了下面的x,y賦值過程,這就是擴(kuò)展歐幾里德算法的精髓。 可以這樣思考: 對于a' = b, b' = a % b 而言,我們求得 x, y使得 a'x + b'y = Gcd(a', b') 由于b' = a % b = a - a / b * b (注:這里的/是程序設(shè)計(jì)語言中的除法) 那么可以得到: a'x + b'y = Gcd(a', b') ===> bx + (a - a / b * b)y = Gcd(a', b') = Gcd(a, b) ===> ay +b(x - a / b*y) = Gcd(a, b) 因此對于a和b而言,他們的相對應(yīng)的p,q分別是 y和(x-a/b*y). 在網(wǎng)上看了很多關(guān)于不定方程方程求解的問題,可都沒有說全,都只說了一部分,看了好多之后才真正弄清楚不定方程的求解全過程,步驟如下: 求a * x + b * y = n的整數(shù)解。 1、先計(jì)算Gcd(a,b),若c不能被Gcd(a,b)整除,則方程無整數(shù);否則,在方程兩邊同時(shí)除以Gcd(a,b),得到新的不定方程a' * x + b' * y = n',此時(shí)Gcd(a',b')=1; 2、利用上面所說的歐幾里德算法求出方程a' * x + b' * y = 1的一組整數(shù)解x0,y0,則n' * x0,n' * y0是方程a' * x + b' * y = n'的一組整數(shù)解; 3、根據(jù)數(shù)論中的相關(guān)定理,可得方程a' * x + b' * y = n'的所有整數(shù)解為: x = n' * x0 + b' * t y = n' * y0 - a' * t (t為整數(shù)) 上面的解也就是a * x + b * y = n 的全部整數(shù)解。 下面來看看我這題的代碼: # include <stdio.h> __int64 gcd(__int64 a,__int64 b)//求a,b的最大公約數(shù) { if(b==0) return a; return gcd(b,a%b); } void exgcd(__int64 a,__int64 b,__int64 &m,__int64 &n)//求a * x + b * y = Gcd(a,b)的一組整數(shù)解,結(jié)果儲存在m,n中 { if(b==0) { m=1; n=0; return ; } exgcd(b,a%b,m,n); __int64 t; t=m; m=n; n=t-a/b*n; } int main() { __int64 x,y,m,n,l,a,b,c,k1,k2,r,t; while(scanf("%I64d%I64d%I64d%I64d%I64d",&x,&y,&m,&n,&l)!=EOF) { a=n-m; b=l; c=x-y; r=gcd(a,b); if(c%r)//如果c不能被r整除,則由數(shù)論中的相關(guān)定理可知整數(shù)解一定不存在 { printf("Impossible\n"); continue; } a/=r; b/=r; c/=r; exgcd(a,b,k1,k2);//求a*k1+b*k2=Gcd(a,b)的整數(shù)解,此時(shí)Gcd(a,b)=1 t=c*k1/b;//見注1 k1=c*k1-t*b; if(k1<0) k1+=b; printf("%I64d\n",k1); } return 0; } |
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