歐幾里得算法也叫輾轉相除法,用于求最大公約數,屬于小學奧數常見內容。
有個基本性質:gcd(a,b)=gcd(b,a%b)。
而擴展歐幾里德算法,則用來已知a,b,求解方程ax+by=gcd(a,b)的解。
根據數論中的相關定理,解是一定存在的。
所以,這道題只要用上擴展歐幾里德算法,就能很輕松找到一組x0、y0,使得等式成立。
接下來,江寒根據算法,只花了五分鐘,就編寫出了對應的代碼。
其中的遞歸函數exgcd(),就是擴展歐幾里德算法的一種實現。
用上了這種方法之后,編程難度大大降低,一共只用了10來行代碼,就完成了解答。
然后一調試……
江寒就無語地發現,求解出來的x0,居然有時候會出現負值。
這就不符合題意了。
那么……為什么會產生這種情況呢?
江寒想了想,拿過一張草稿紙,簡單地推理了一下。
在數學上,ax=1(modb)等價于ax%b=1,又等價于ax+by=1。
當用擴展歐幾里德算法,求出它的一組解x0和y0時,可得ax0+by0=1。
那么只要在方程左邊加上一個kab,再減去一個kab,合并同類項可得:
a(x0+kb)+b(y0-ka)=1。
x=x0+kb,y=y0-ka就是方程的通解,k可以為負數、0、或正數。
這里我們只關心x的取值,于是接下來,只要求出等于x0+kb的最小正整數,就可以了。
為什么給x0加上一個kb,而不是某個比b小的數與k的乘積?
很簡單,如果那么做,就找不到能使等式成立的y了……
因為x0有可能為負數,所以要分兩種情況討論。
當x0大于0時,顯而易見,x0%b也大于0,所以最小的正整數x就是x0%b本身。
而當x0≤0時,x0%b也必然≤0,因為|x0%b|必定小于b,所以只需要在x0%b的結果上,再加上一個b,就可以得到最小的正整數解了。
推演到這里,結論就很明確了。
江寒馬上將代碼稍加修改,再次一調試,這次就順利通過了。
嘖,出題的人挺陰險的嘛。
如果生搬硬套擴展歐氏算法,沒準一不小心就會掉進坑里去……
雖然這么一個小坑,應該也困不住太多人就是了。
第一題搞定之后,江寒就開始思考下一道題。
第二題:借教室。
【問題描述】:……
(太長,省略。)
這道題和Day1的第三題差不多,都是那種表述啰嗦得要死,但只要看明白題意,就會覺得異常簡單的題型。
江寒直覺可以用線段樹來弄。
事實上,應該也是行得通的。
但一般說來,線段樹中的pushdown常數都特別巨大,很容易溢出。
所以,如果沒什么特別的優化手段,最多通過70%的數據校驗點,也就差不多達到極限了。
要想過掉100%的校驗點,達到AllClear的境界,就必須使用二分答案法,再加上前綴和差分……
正打算換個思路來破題,江寒忽然想起了什么,拿起草稿紙一陣推演。
五分鐘后,他長出了一口氣,然后開始畫流程、寫偽代碼。
他沒有改變算法,仍然使用了線段樹,只不過在標準的算法中,稍微做了一點小改進。
辦法很簡單,就是將線段樹的標記固定化了,在區間完全重合的時候,只是打上修改標記,而不去pushdown標記。
在查詢的時候,順便將每個位置標記上,要算的值都放在下一層遞歸里,這樣就大大優化了線段樹的pushdown常數。
標記的刪除非常方便,要把一個區間改回去,只需要把最外層的幾個小區間標記置0就行。
這么一改進,就能大大減少運算量,從而有很大的機會通過全部數據了。
江寒寫完增強線段樹算法,又編寫了一段測試代碼,用各種極限值去測試。
結果非常喜人,在100%的數據輸入區間,都能輕松在1秒內得到答案。
第二題就此搞定。
時間到此才過去1個小時20分鐘,還剩下兩個多小時。
那么,接下來就一鼓作氣,搞定最后一題。