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【蓝桥杯真题】包子凑数(裴蜀定理、动态规划、背包问题)

规划 动态 蓝桥 真题 背包 定理 问题
2023-09-11 14:17:55 时间

题意

小明几乎每天早晨都会在一家包子铺吃早餐。他发现这家包子铺有N种蒸笼,其中第i种蒸笼恰好能放Ai个包子。每种蒸笼都有非常多笼,可以认为是无限笼。

每当有顾客想买X个包子,卖包子的大叔就会迅速选出若干笼包子来,使得这若干笼中恰好一共有X个包子。比如一共有3种蒸笼,分别能放3、4和5个包子。当顾客想买11个包子时,大叔就会选2笼3个的再加1笼5个的(也可能选出1笼3个的再加2笼4个的)。

当然有时包子大叔无论如何也凑不出顾客想买的数量。比如一共有3种蒸笼,分别能放4、5和6个包子。而顾客想买7个包子时,大叔就凑不出来了。

小明想知道一共有多少种数目是包子大叔凑不出来的。

输入与数据范围

第一行包含一个整数 N N N ( 1 < = N < = 100 ) (1 <= N <= 100) (1<=N<=100)
以下 N N N行每行包含一个整数 A i Ai Ai ( 1 < = A i < = 100 ) (1 <= Ai <= 100) (1<=Ai<=100)

算法(裴蜀定理,背包问题)

先给出两个数 x x x y y y是否能凑出最大数的问题。

  • 如果 x x x y y y的最大公约数是1,那么它们存在不能够凑出的最大数,并且它们不能凑出的最大数是: ( x − 1 ) × ( y − 1 ) − 1 (x - 1) \times (y - 1) - 1 (x1)×(y1)1
  • 在本题中,不能够凑出最大数意味着:他们不能凑出的数是有限的,因为不能够凑出的最大数为 u p up up,等价着大于 u p up up的所有数都能够被凑出,那么不能够凑出的数只可能在区间 [ 1 , u p ] [1, up] [1,up]中,显然,这个区间中的数是有限的。

所以我们先把所有蒸笼所装的包子数的最大公约数 d d d给算出来。

// 最大公约数代码
int gcd(int a, int b) {
	return b ? gcd(b, a % b) : a;
}

如果 d d d不等于1,那么他们不存在不能够凑出的最大数,等价于不能够凑出的包子数量为无限个INF(infinity)。

否则我们就用动态规划来解决 d d d等于1的情况,其实这种情况很简单。我们大致估计一下最大的不能够被凑出的包子数量的量级为: ( 100 − 1 ) × ( 100 − 1 ) − 1 (100 - 1) \times (100 - 1) - 1 (1001)×(1001)1,即为 10000 10000 10000量级。

我们定义状态数组: b o o l f [ 110 ] [ 10010 ] bool \enspace f[110][10010] boolf[110][10010]
其中 f [ i ] [ j ] f[i][j] f[i][j]表示这 A 1 ∼ A i A1 \sim Ai A1Ai这些 i i i个蒸笼是否能够凑出数量为 j j j的包子。

起初 f [ 0 ] [ 0 ] = t r u e f[0][0] = true f[0][0]=true表示着 0 0 0个包子可以被凑出,因为我们不需要选择任何蒸笼就已经凑出 0 0 0个包子。

状态计算: f [ i ] [ j ] = f [ i − 1 ] [ j ] f[i][j] = f[i - 1][j] f[i][j]=f[i1][j] f [ i ] [ j ] = f [ i ] [ j − a [ i ] ] ( j > = a [ i ] ) f[i][j] = f[i][j - a[i]] \enspace (j >= a[i]) f[i][j]=f[i][ja[i]](j>=a[i])

AC代码(C++)

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int N = 110, M = N * N;

int n;
int a[N];
bool f[N][M];

int gcd(int a, int b) {
	return b ? gcd(b, a % b) : a;
}

int main() {
	cin >> n;
	for (int i = 1; i <= n; i ++) cin >> a[i];
	
	int d = 0;
	for (int i = 1; i <= n; i ++) d = gcd(d, a[i]);
	if(d != 1) cout << "INF" << "\n";
	else {
		f[0][0] = true;
		for (int i = 1; i <= n; i ++ ) {
			for (int j = 0; j < M; j ++) {
				f[i][j] = f[i - 1][j];
				if(j >= a[i]) {
					f[i][j] |= f[i][j - a[i]];
				}
			}
		}
		
		int res = 0;
		for (int i = 0; i < M; i ++)
			if(!f[n][i]) res ++ ;
		cout << res << "\n";
	}
	return 0;
}