欧几里得算法也叫辗转相除法,用于求最大公约数,属于小学奥数常见内容。
有个基本性质:gcd(a,b)=gcd(b,a%b)。
而扩展欧几里德算法,则用来已知a,b,求解方程ax+by=gcd(a,b)的解。
根据数论中的相关定理,解是一定存在的。
所以,这道题只要用上扩展欧几里德算法,就能很轻松找到一组x0、y0,使得等式成立。
接下来,江寒根据算法,只花了五分钟,就编写出了对应的代码。
其中的递归函数exgcd(),就是扩展欧几里德算法的一种实现。
用上了这种方法之后,编程难度大大降低,一共只用了10来行代码,就完成了解答。
然后一调试……
江寒就无语地发现,求解出来的x0,居然有时候会出现负值。
这就不符合题意了。
那么……为什么会产生这种情况呢?
江寒想了想,拿过一张草稿纸,简单地推理了一下。
在数学上,ax=1(modb)等价于ax%b=1,又等价于ax+by=1。
当用扩展欧几里德算法,求出它的一组解x0和y0时,可得ax0+by0=1。
那么只要在方程左边加上一个kab,再减去一个kab,合并同类项可得:
a(x0+kb)+b(y0-ka)=1。
x=x0+kb,y=y0-ka就是方程的通解,k可以为负数、0、或正数。
这里我们只关心x的取值,于是接下来,只要求出等于x0+kb的最小正整数,就可以了。
为什么给x0加上一个kb,而不是某个比b小的数与k的乘积?
很简单,如果那么做,就找不到能使等式成立的y了……
因为x0有可能为负数,所以要分两种情况讨论。
当x0大于0时,显而易见,x0%b也大于0,所以最小的正整数x就是x0%b本身。
而当x0≤0时,x0%b也必然≤0,因为|x0%b|必定小于b,所以只需要在x0%b的结果上,再加上一个b,就可以得到最小的正整数解了。
推演到这里,结论就很明确了。
江寒马上将代码稍加修改,再次一调试,这次就顺利通过了。
啧,出题的人挺阴险的嘛。
如果生搬硬套扩展欧氏算法,没准一不小心就会掉进坑里去……
虽然这么一个小坑,应该也困不住太多人就是了。
第一题搞定之后,江寒就开始思考下一道题。
第二题:借教室。
【问题描述】:……
(太长,省略。)
这道题和Day1的第三题差不多,都是那种表述啰嗦得要死,但只要看明白题意,就会觉得异常简单的题型。
江寒直觉可以用线段树来弄。
事实上,应该也是行得通的。
但一般说来,线段树中的pushdown常数都特别巨大,很容易溢出。
所以,如果没什么特别的优化手段,最多通过70%的数据校验点,也就差不多达到极限了。
要想过掉100%的校验点,达到AllClear的境界,就必须使用二分答案法,再加上前缀和差分……
正打算换个思路来破题,江寒忽然想起了什么,拿起草稿纸一阵推演。
五分钟后,他长出了一口气,然后开始画流程、写伪代码。
他没有改变算法,仍然使用了线段树,只不过在标准的算法中,稍微做了一点小改进。
办法很简单,就是将线段树的标记固定化了,在区间完全重合的时候,只是打上修改标记,而不去pushdown标记。
在查询的时候,顺便将每个位置标记上,要算的值都放在下一层递归里,这样就大大优化了线段树的pushdown常数。
标记的删除非常方便,要把一个区间改回去,只需要把最外层的几个小区间标记置0就行。
这么一改进,就能大大减少运算量,从而有很大的机会通过全部数据了。
江寒写完增强线段树算法,又编写了一段测试代码,用各种极限值去测试。
结果非常喜人,在100%的数据输入区间,都能轻松在1秒内得到答案。
第二题就此搞定。
时间到此才过去1个小时20分钟,还剩下两个多小时。
那么,接下来就一鼓作气,搞定最后一题。