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Problem
A sequence of positive rational numbers is defined as follows:
An infinite full binary tree labeled by positive rational numbers is defined by:
- The label of the root is 1/1
- The left child of label p/q is p/(p+q)
- The right child of label p/q is (p+q)/q
The top of the tree is shown in the following figure:
The sequence is defined by doing a level order (breadth first) traversal of the tree (indicated by the light dashed line). So that:
F(1)=1/1,F(2)=1/2,F(3)=2/1,F(4)=1/3,F(5)=3/2,F(6)=2/3,…
Write a program which finds the value of n for which F(n) is p/q for inputs p and q.
Input
The first line of input contains a single integer P, (1≤P≤1000), which is the number of data sets that follow. Each data set should be processed identically and independently. Each data set consists of a single line of input. It contains the data set number, K, a single space, the numerator, p, a forward slash (/) and the denominator, q, of the desired fraction.
Output
For each data set there is a single line of output. It contains the data set number, K, followed by a single space which is then followed by the value of n for which F(n) is p/q. Inputs will be chosen so n will fit in a 32-bit integer.
我的方法
我创建了堆并计划对其进行迭代,直到找到有问题的元素,但我用完了内存,所以我很确定我应该在不创建堆的情况下完成它?
代码
public ARationalSequenceTwo() {
Kattio io = new Kattio(System.in, System.out);
StringBuilder sb = new StringBuilder(10000);
int iter = io.getInt();
// create heap
int parent;
Node[] heap = new Node[Integer.MAX_VALUE];
int counter = 1;
heap[0] = new Node(1, 1);
while (counter < Integer.MAX_VALUE) {
parent = (counter - 1) / 2;
// left node
heap[counter++] = new Node(heap[parent].numerator, heap[parent].numerator + heap[parent].denominator);
// right node
heap[counter++] = new Node(heap[parent].numerator + heap[parent].denominator, heap[parent].denominator);
}
// find Node
int dataSet;
String word;
int numerator;
int denominator;
for (int i = 0; i < iter; i++) {
dataSet = io.getInt();
word = io.getWord();
numerator = Integer.parseInt(word.split("/")[0]);
denominator = Integer.parseInt(word.split("/")[1]);
for (int j = 0; j < Integer.MAX_VALUE; j++) {
Node node = heap[j];
if (node.numerator == numerator && node.denominator == denominator) {
sb.append(dataSet).append(" ").append(j).append("\n");
}
}
}
System.out.println(sb);
io.close();
}
最佳答案
让我们考虑节点 n = a/b。如果 n 是其父节点的左子节点,则 n = p/(p+q),其中父节点为 p/q。 IE。
p = a,
b = p + q
p = a,
q = b - a
如果 n 是其父节点的右 child ,则 n = (p+q)/q:
a = p + q
b = q
p = a - b =
q = b
因此,例如给定 3/5,它是左 child 还是右 child ?如果它是左 child ,那么它的 parent 将是 3/(5-3) = 3/2。对于正确的 child ,我们将有 (3-5)/5 = -2/5。由于这不是正数,显然 n 是左 child 。
因此,归纳:
给定一个有理数 n,我们可以找到到根的路径如下:
ArrayList lefts = new ArrayList<>();
while (nNum != nDen) {
if (nNum < nDen) {
//it's a left child
nDen = nDen - nNum;
lefts.add(true);
} else {
nNum = nNum - nDen;
lefts.add(false);
}
}
现在我们有了数组中的路径,我们如何在最终结果中翻译它?让我们观察一下
我们只剩下最后一部分了,即将节点添加到我们拥有的最后一个节点的左侧,对应于输入有理数的节点加一。左边有几个节点?如果您尝试将每条向左的弧标记为 0,将每条向右的弧标记为 1,您会注意到该路径以二进制表示最后一层中的节点数。例如,3/5 是 3/2 的左 child 。该数组将填充为 false、true、false。在二进制中,010。最终结果是 2^0 + 2^1 + 2^2 + 010 + 1 = 1 + 2 + 4 + 2 + 1 = 10
最后,注意 sum(2^i) 是 2^(i+1) - 1。所以,我们终于可以编写第二部分的代码了:
int s = (1 << lefts.size()) - 1) // 2^(i+1) - 1
int k = 0
for (int i = lefts.size() - 1; i >= 0; i---) {
if (lefts.get(i)) {
k += 1 << i;
}
}
return s + k + 1;
接受输入 num 和 den 的完整程序:
import java.util.ArrayList;
public class Z {
public static int func(int num, int den) {
ArrayList<Boolean> lefts = new ArrayList<>();
while (num != den) {
if (num < den) {
//it's a left child
den = den - num;
lefts.add(true);
} else {
num = num - den;
lefts.add(false);
}
}
int s = (1 << lefts.size()) - 1; // 2^(i+1) - 1
int k = 0;
for (int i = lefts.size() - 1; i >= 0; i--) {
if (!lefts.get(i)) {
k += 1 << i;
}
}
return s + k + 1;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func(Integer.parseInt(args[0]),
Integer.parseInt(args[1])));
}
}
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