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SCAU 18900 小弟弟的算数题

书呆鱼 2022-04-16 阅读 36

最终代码在末尾

(不排除这不是最优解的可能)

这是我写的第一篇题解,可能写的不好。

题意

输出有多少对数满足两数相乘之后不存在小数(小数点后都是0)

需要亿点一点数学知识和前缀和知识

注意浮点数的精度问题?为什么会有精度问题?

$ 0<a_i<10000 $,加上小数点后的9位数,我们用double类型来存小数时double可以精确这14位数。

但是如果我们将两个数字相乘会发生什么,我们就需要28位数的精度( 0.001953125 × 512.000000001 0.001953125 \times 512.000000001 0.001953125×512.000000001),显然double甚至long double对此也无能为力。 要想避免精度问题,可以将这些数字乘上 1 0 9 10^9 109然后再存进一个long long的数组中。

另外,为了避免浮点数读入带来的精度误差,下面代码采用字符串读入。

long long to(string& s)     //传引用避免复制
{
    long long res = 0;     //最终返回的值
    int i = 0;
    while(i<s.size() && s[i]!='.'){     //小数点前的数字加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;
    }
    if(i==s.size()){  //如果输入的数字没有小数点 乘1e9再返回(因为我们需要的是转化为整数的数字)
        res = res*mod9;
        return res;
    }
    i++;        //跳过小数点
    int cnt=0;  //计算有多少位小数
    while(i<s.size()){      //小数点后的数字也加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;cnt++;
    }
    while(cnt<9){           //res后面补0 使得res和原来刚好扩大1e9
        res*=10;
        cnt++;
    }
    return res;
}

现在回到题目,将小数转换为long long之后怎么判断这两个数相乘没有小数?根据乘法
2.500000000 × 4.000000000 = 1.00000000000000000 2.500000000 \times 4.000000000=1.00000000000000000 2.500000000×4.000000000=1.00000000000000000 小数点后18个0,17个为原有的,还有一个是 2.5 × 4 = 10 2.5 \times 4=10 2.5×4=10 产生的。将这个应用到整数中,可以得出 ( a i × a j ) % 1 0 18 = = 0 (a_i \times a_j)\%10^{18}==0 (ai×aj)%1018==0即为满足题意的一对数。

那么,问题又来了,转化为long long 之后 0 < a i < 1 0 13 0<a_i<10^{13} 0<ai<1013 两个数相乘肯定会爆long long。这时就要使用数学知识了!

先思考什么样的 x x x才能满足 x % 1 0 18 = = 0 x\%10^{18}==0 x%1018==0 x x x肯定要是 1 0 18 10^{18} 1018的倍数 x = k × 1 0 18 x=k \times 10^{18} x=k×1018,对x进行分解得到 x = k × 2 18 × 5 18 x=k \times 2^{18} \times 5^{18} x=k×218×518,那怎样的两个数相乘才能有这样的结果?

设有两个数 a , b a,b a,b a = 2 p 1 × 5 p 2 × k 1 , b = 2 q 1 × 5 q 2 × k 1 a = 2^{p_1} \times 5^{p_2} \times k_1,b = 2^{q_1} \times 5^{q_2} \times k_1 a=2p1×5p2×k1b=2q1×5q2×k1

( a × b ) % 1 0 18 = 0 (a \times b)\% 10^{18} =0 (a×b)%1018=0,即 p 1 + q 1 ≥ 18 , p 2 + q 2 ≥ 18 p_1+q_1 \geq 18,p_2+q_2 \geq 18 p1+q118p2+q218

通过上面的数学推导可以发现,我们只关心一个数字2和5的因子个数,所以可以用pair<int,int> 分别存2和5的因子数量

这样就可以写出下面 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)的程序

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>
#define ll long long
#define fr first        //宏定义简化代码
#define se second
using namespace std;
typedef pair<int,int> pii;      //pii在这
const ll mod9 = 1e9;
pii a[500005];
int n;
string s;
long long to(string& s)     //传引用避免复制
{
    long long res = 0;     //最终返回的值
    int i = 0;
    while(i<s.size() && s[i]!='.'){     //小数点前的数字加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;
    }
    if(i==s.size()){  //如果输入的数字没有小数点 乘1e9再返回(因为我们需要的是转化为整数的数字)
        res = res*mod9;
        return res;
    }
    i++;        //跳过小数点
    int cnt=0;  //计算有多少位小数
    while(i<s.size()){      //小数点后的数字也加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;cnt++;
    }
    while(cnt<9){           //res后面补0 使得res和原来刚好扩大1e9
        res*=10;
        cnt++;
    }
    return res;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false),cin.tie(0),cout.tie(0);
    long long t2;
    cin >> n;
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        cin >> s;           //double精度不够
        t2 = to(s);         //将字符串转化为乘10^9后的数字
        a[i] = make_pair(0,0);      //初始化
        while(t2>0&&t2%2==0){       //统计t2中2的个数
            a[i].fr++;
            t2/=2;
        }
        while(t2>0&&t2%5==0){       //统计t2中5的个数
            a[i].se++;
            t2/=5;
        }
    }
    //枚举每一对数
    long long ans = 0;      //存答案
    for(int i = 1; i <= n; i++){        
        for(int j = i+1; j <= n; j++){  //j从i+1开始枚举,避免重复枚举
            if(a[i].fr+a[j].fr>=18 && a[i].se+a[j].se>=18)  //原来两个整数数相乘后2和5的因子个数
                ans++;
        }
    }
    cout << ans;
    return 0;
}

兴奋的提交一波,超时!

再看一眼n的范围200000!!!

看来需要想办法优化一下最后统计答案的二重循环
a [ i ] . f r + a [ j ] . f r ≥ 18 a[i].fr+a[j].fr \geq 18 a[i].fr+a[j].fr18移一下项得到 a [ i ] . f r ≥ 18 − a [ j ] . f r a[i].fr \geq 18-a[j].fr a[i].fr18a[j].fr,也就是说对于一个 a [ j ] a[j] a[j]我们所有满足上面不等式的 i i i都对答案有贡献,这就自然而然的想到前缀和,很可惜,这里需要用二维前缀和。

a [ i ] a[i] a[i]抽象成二维平面的点,因为需要用前缀和,而 a [ i ] a[i] a[i]的x,y最小值可以是0,所以这里将 a [ i ] . f r a[i].fr a[i].fr a [ i ] . s e a[i].se a[i].se都先加一再进行描点,用数组 q [ x ] [ y ] q[x][y] q[x][y]来表示 ( 0 , 0 ) − ( x , y ) (0,0)-(x,y) (0,0)(x,y)(左下角和右上角)的点的数量,再由前缀和公式可以得到矩形区域 ( a , b ) − ( c , d ) (a,b)-(c,d) (a,b)(c,d)点的数量为 q [ c ] [ d ] − q [ a − 1 ] [ d ] − q [ c ] [ b − 1 ] + q [ a − 1 ] [ b − 1 ] q[c][d]-q[a-1][d]-q[c][b-1]+q[a-1][b-1] q[c][d]q[a1][d]q[c][b1]+q[a1][b1]

因为转化为long long的数字最大为 1 0 13 10^{13} 1013

log ⁡ 2 1 0 13 ≤ 44 \log_210^{13} \leq 44 log2101344,即前缀和数组开 45 × 45 45\times45 45×45就行了,下面代码开了 55 × 55 55\times55 55×55

如此一来,我们就可以将时间复杂度优化为 O ( n + 46 ∗ 46 ) O(n+46*46) O(n+4646)了!

这题的前缀和还有一些实现的细节在代码中展示

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>
#define ac return 0;
#define ll long long
#define fr first        //宏定义简化代码
#define se second
using namespace std;
typedef pair<int,int> pii;      //pii在这
const ll mod9 = 1e9;
pii a[200005];
int n;
int mp[47][47];     //描点 用于计算前缀和
int q[47][47];      //前缀和数组
string s;
ll to(string& s)
{
    ll res = 0;     //最终返回的值
    int i = 0;
    while(i<s.size() && s[i]!='.'){     //小数点前的数字加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;
    }
    if(i==s.size()){        //如果输入的数字没有小数点 乘1e9再返回(因为我们需要的是转化为整数的数字)
        res = res*mod9;
        return res;
    }
    i++;        //跳过小数点
    int cnt=0;  //计算有多少位小数
    while(i<s.size()){      //小数点后的数字也加到res中
        res*=10;
        res+=s[i]-'0';
        i++;cnt++;
    }
    while(cnt<9){           //res后面补0 使得res和原来刚好扩大1e9
        res*=10;
        cnt++;
    }
    return res;
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false),cin.tie(0),cout.tie(0);
    ll t2;
    cin >> n;
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        cin >> s;           //double精度不够
        t2 = to(s);         //将字符串转化为乘10^9后的数字
        a[i] = make_pair(0,0);      //初始化
        while(t2>0&&t2%2==0){       //统计t2中2的个数
            a[i].fr++;
            t2/=2;
        }
        while(t2>0&&t2%5==0){       //统计t2中5的个数
            a[i].se++;
            t2/=5;
        }
    }
    memset(mp,0,sizeof(mp));    //初始化
    memset(q,0,sizeof(q));
    for(int i = 1; i <= n; i++){        //描点
        mp[a[i].fr+1][a[i].se+1]++;     //先将点加一
    }
    for(int i = 1; i <= 46; i++)
        for(int j = 1; j <= 46; j++)
        {
            q[i][j] = q[i-1][j] + q[i][j-1] - q[i-1][j-1] + mp[i][j];   //前缀和公式
        }
    ll ans=0;
    for(int i = 1; i <= n; i++){
        int x = 18-a[i].fr, y = 18-a[i].se;     //算出矩形的坐下角坐标  右上角坐标为最大值46
        //不要忘记a[i]是加了1的所有查询区间的时候是查询[x+1,46][y+1,46]
        ll t = q[46][46] - q[46][y] - q[x][46] + q[x][y];
        if(a[i].fr>=x&&a[i].se>=y)t--;      //如果这个if满足,意味着t个点中包含了自身,需要t--
        ans += t;
    }
    //同一对数会数两遍,输出时要/2
    cout << ans/2;
    ac
}
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