Sicily 解题: 1028 Hanoi Tower Sequence

   

Hanoi Tower Sequence


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Problem

Hanoi Tower is a famous game invented by the French mathematician Edourard Lucas in 1883. We are given a tower of n disks, initially stacked in decreasing size on one of three pegs. The objective is to transfer the entire tower to one of the other pegs, moving only one disk at a time and never moving a larger one onto a smaller. 

The best way to tackle this problem is well known: We first transfer the n-1 smallest to a different peg (by recursion), then move the largest, and finally transfer the n-1 smallest back onto the largest. For example, Fig 1 shows the steps of moving 3 disks from peg 1 to peg 3.
Sicily 解题: 1028 Hanoi Tower Sequence_第1张图片

Now we can get a sequence which consists of the red numbers of Fig 1: 1, 2, 1, 3, 1, 2, 1. The ith element of the sequence means the label of the disk that is moved in the ith step. When n = 4, we get a longer sequence: 1, 2, 1, 3, 1, 2, 1, 4, 1, 2, 1, 3, 1, 2, 1. Obviously, the larger n is, the longer this sequence will be.
Given an integer p, your task is to find out the pth element of this sequence.


Input

The first line of the input file is T, the number of test cases.

Each test case contains one integer p (1<=p<10^100).

Output

Output the pth element of the sequence in a single line. See the sample for the output format.

Print a blank line between the test cases.


Sample input

4
1
4
100
100000000000000

Sample output

Case 1: 1

Case 2: 3

Case 3: 3

Case 4: 15

Problem Source

ZSUACM Team Member 

==================================我是华丽的分割线==============================

 分析:

序列的第 2 k - 1 + i * 2  k  = t * 2k - 1 个数是 k ,i = 1, 2, 3, ... ,t = 1, 3, 5, ...
因此对于输入的正整数 n ,只要计算 n 能被 2 整除的次数,然后输出次数加 1 即可。
使用 109 进制的大整数来表示 n , 可以提高效率。

//  By Rappizit@2007-09-11

#include 
< cstdio >
#include 
< cstring >
using   namespace  std;

const   int  DIGIT  =   9 ;         //  大整数的进制为 10^DIGIT(大整数每个单元相当 DIGIT 个十进制数字)
const   long   long  BitBase  =   10 ;
const   long   long  UnitBase  =   1000000000 ;
const   long   long  BASE [ 10 =   {110100100010000100000
            
1000000100000001000000001000000000}
;
const   int  SHBITS  =   18 ;
const   long   long  POW2  =   262144 ;     // 1 << 18;
const   long   long  mask  =   262143 ;     // (1 << 18) - 1;

const   int  N  =   101 ;                 //  输入的最大位数
char  str [N  +   1 ];                 //  输入的字符串存放于 str []
long   long  vli [N  /  DIGIT  +   1 ];         //  字符串转换成 10^9 进制的大整数的各个单元存放于 vli []

int  len  =   0 ;                 //  输入的字符串长度(十进制大整数位数)
int  unit  =   0 ;                 //  转成 10^9 进制的大整数的单元数

//  假设字符串 str 正确表示一个正整数,将该字符串转换成 10^9 进制的大整数,并存放到 vli []
void  str2vli ()
{
    
int size = len;
    unit 
= (size + DIGIT - 1/ DIGIT;    // 大整数的单元数为 ceil (double (size) / DIGIT)
    long long cx = 0;
    
int p = 0;                // 当前单元的下标
    int i, j, k;

    
// 从字符串的最末位置开始,每 DIGIT 个字符作为一个 UNIT,最后可能剩下几个字符
    for (i = size - 1, j = DIGIT - 1; i >= j; i -= DIGIT)
        
{
        cx 
= 0;
        
for (k = 0; k < DIGIT; k ++)
            
{
            cx 
+= BASE [k]  * (long long)(str [i - k] - '0');
            }

        vli [p 
++= cx;
        }


    
if (p < unit)
        
{
        
// 处理剩下的几个字符
        for (k = 0, cx = 0; i >= 0; i --, k ++)
            
{
            cx 
+= BASE [k] * (long long)(str [i] - '0');
            }

        vli [p 
++= cx;
        }

}


//  假设大整数 vli > 0,计算 vli 能被 2 整除的次数
int  times ()
{
    
int p = 0;    // 大整数 vli 能被 2 整除的次数
    int size = unit;    // size 为 vli 的单元数

    
// 如果 size 为 1 那么直接用 2 来试除 vli,每除一次, p 增加 1
    if (size == 1)
        
{
        
while ((vli [0& 1== 0)
            
{
            p 
++;
            vli [
0>>= 1;
            }

        
return p;
        }


    
// 如果 vli 能被 POW2 整除则 vli /= POW2
    while (((vli [0+ vli [1* UnitBase) & mask) == 0)    // vli % POW2 == 0
        {
        p 
+= SHBITS;                // vli 能再多被 2 整除 SHBITS 次
        long long r = 0;        // r 为上一个单元除以 POW2 的余数
        for (int i = size - 1; i >= 0; i --)
            
{
            
long long dx = r * UnitBase + vli [i];
            r 
= dx & mask;            // r = dx % POW2
            vli [i] = dx >> SHBITS;        // vli [i] = dx / POW2
            }

        
if (vli [size - 1== 0)        // 最高位为 0,则 size 减少 1
            {
            size 
--;
            }

        }

    
// 如果 vli 能被 2 整除则 vli /= 2
    while ((vli [0& 1== 0)
        
{
        p 
++;
        
long long r = 0;
        
for (int i = size - 1; i >= 0; i --)
            
{
            
long long dx = r * UnitBase + vli [i];
            r 
= dx & 1;
            vli [i] 
= dx >> 1;
            }

        
if (vli [size - 1== 0)
            
{
            size 
--;
            }

        }

    
return p;
}



int  test ()
{
    scanf (
"%s"&str);
    len 
= strlen (str);
    str2vli ();
    
return times () + 1;
}


int  main ()
{
    
int t;
    scanf (
"%d"&t);
    
for (int i = 1; i < t; i ++)
        
{
        printf (
"Case %d: %d ", i, test ());
        }

    printf (
"Case %d: %d ", t, test ());
    
return 0;
}


运行结果:

Run ID   User Name   Problem   Language   Status   Run Time   Run Memory   Submit Time
82506    rappizit  1028  C++  Accepted  0 sec  256 KB  2007-09-11 15:16:57

在那道题的排行榜上排第二^_^  

Rank   Submit Time   Run Time   Run Memory   Language   User

  1   2005-12-10 01:15:14   0.00S   148K   C   wangqiang

  2   2007-09-11 15:16:57   0.00S   256K   C++   rappizit

  3   2006-12-22 00:02:44   0.00S   260K   C++   jackeyyang

  4   2005-04-16 19:16:26   0.00S   264K   C++   Savior

  5   2006-08-16 00:52:04   0.00S   264K   C++   cockerel

==================================我是华丽的分割线==============================

大整数的各个单元是按数组的下标从低到高存放的,即 vli [0] 表示最低 9 位十进制数字。

判断一个整数能否被 2k 整除,等价于整数的最后 k 位十进制数字能被 2k 整除。

1 << k 即为 2k  ,a & ((1 << k ) - 1) 即为 a % 2k ,a >> k 即为 a / 2k

采用 k = 18。而大整数是 109 进制的,因此判断大整数能否被 2k 整除,只要判断此条件为 true :

((vli [0] + vli [1] * UnitBase) & mask) == 0 ,其中 vli [0] + vli [1] * UnitBase 表示大整数的后 18 位十进制数字,UnitBase = 1,000,000,000 ,mask = (1 << 18 ) - 1 。


PS:这题是算法分析与设计课的第一次作业中的。之前没用109 进制来做,运行时间为 0.06S , 换成109 进制 且使用位运算就为 0.03S ,然后把输入输出换成 scanf  , printf 的就为 0.00S !(cin , cout 比较慢。)我稍微修改了一下代码然后用老师指定的 ID (csa+学号)再提交了一次,内存少用了 4K ,再次排在第二名,将原来的 ID rappizit 挤到第三名了,呵呵。。

 

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