e-olymp 1210. Очень просто!!!

Задача

По заданным числам [latex]n[/latex] и [latex]a[/latex] вычислить значение суммы: [latex]\sum\limits_{i=1}^{n} {i \cdot a^i}[/latex]

Входные данные

Два натуральных числа [latex]n[/latex] и [latex]a[/latex].

Выходные данные

Значение суммы. Известно, что оно не больше [latex]10^{18}[/latex].

Тесты

Входные данные Выходные данные
3 3 102
4 4 1252
9 3 250959
7 14 785923166
1009 1 509545

Код программы

Решение задачи

Данную задачу можно решить прямым линейным вычислением значений элементов заданного ряда, то есть получать значение элемента ряда с индексом [latex]i[/latex] умножением [latex]a[/latex] (которое необходимо возвести в степень [latex]i[/latex]) на индекс [latex]i[/latex] и накапливать сумму этих значений в выделенной переменной.
Но безусловно такое решение не является качественным (даже если будет использован алгоритм бинарного возведения в степень).

Для получения качественного решения распишем ряд подробно:
[latex]A[/latex] [latex]=[/latex] [latex]\sum\limits_{i=1}^{n} {i \cdot a^i}[/latex] [latex]=[/latex] [latex]a+2a^2+3a^3+\ldots+\left( n-1 \right) a^{n-1}+na^{n}[/latex] [latex]=[/latex] [latex]na^{n}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]\left( n-1 \right)a^{n-1}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]\ldots[/latex] [latex]+[/latex] [latex]3a^{3}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]2a^2[/latex] [latex]+[/latex] [latex]a[/latex].
Очевидно, что из полученного выражения можно вынести [latex]a[/latex] за скобки. Применим данную операцию:
[latex]A[/latex] [latex]=[/latex] [latex] \left( na^{n-1}+\left( n-1 \right)a^{n-2}+\ldots+3a^{2}+2a+1\right) \cdot a[/latex] Из полученной формулы видно, что аналогичное действие можно применить вновь, для внутреннего выражения [latex]na^{n-1}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]\left( n-1 \right)a^{n-2}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]\ldots[/latex] [latex]+[/latex] [latex]3a^{2}[/latex] [latex]+[/latex] [latex]2a[/latex]. Получим:
[latex]A[/latex] [latex]=[/latex] [latex] \left( \left( na^{n-2}+\left( n-1 \right)a^{n-3}+\ldots+3a+2 \right) \cdot a +1 \right) \cdot a[/latex].
После конечного количества вынесений за скобки, получим:
[latex]A[/latex] [latex]=[/latex] [latex]\left( \left( \ldots \left( \left(na+\left(n-1\right)\right) \cdot a + \left(n-2\right) \right) \ldots+2\right) \cdot a +1\right) \cdot a[/latex].

Таким образом, решение данной задачи сводится к вычислению суммы «изнутри» скобок.

Но из-за того, что в условии подано ограничение только на сумму, программа с реализованным вычислением суммы изнутри и асимптотикой [latex]O \left( n \right)[/latex] не пройдёт все тесты системы www.e-olymp.com в силу частного случая [latex]a = 1[/latex], так как значение [latex]n[/latex] может быть для него достаточно большим, ибо числа [latex]a[/latex] и [latex]n[/latex] компенсируют друг-друга по отношению к максимальному значению суммы. Но в случае [latex]a = 1[/latex] сумма данного ряда является суммой арифметической прогрессии, а именно — натурального ряда. Для вычисления этой суммы существует формула [latex]\sum\limits_{i=1}^{n} {i} = \frac{n \left( n+1 \right)}{2}[/latex]. Этот частный случай легко отсеять.

Асимптотика программы: [latex]const[/latex] при [latex]a = 1[/latex], и [latex]O \left( n \right)[/latex] иначе.

Ссылки

e-olymp 3358. Чёрный ящик

Задача

В черный ящик кладутся листки с написанными на них числами. На каждом листке — ровно одно целое число. Иногда некоторые листки исчезают из ящика. После каждого события (когда в ящик положили листок, или когда из ящика исчез листок), нужно вывести число, которое встречается чаще всего на листках, находящихся в данный момент в ящике. Если таких чисел несколько, выведите наименьшее.

Входные данные

Первая строка содержит количество событий [latex]n[/latex] [latex]\left(1 \le n \le 2 \times 10^{5} \right)[/latex]. Каждая из следующих n строк содержит описание одного события:

  • [latex]+ x[/latex] — положен листок с числом [latex]x[/latex] [latex]\left(1 \le x \le 10^{6} \right)[/latex];
  • [latex]- x[/latex] — исчез листок с числом [latex]x[/latex] (гарантируется, что в ящике был хотя бы один листок с числом [latex]x[/latex]).

Выходные данные

Вывести в точности [latex]n[/latex] строк — по одной для каждого события. Каждая строка должна содержать одно число — ответ к задаче. Если после какого-то события ящик оказался пуст, следует вывести [latex]0[/latex].

Тесты

Входные данные Выходные данные
3
+ 1
— 1
+ 2
1
0
2
6
+ 1
+ 1000000
— 1
+ 4
+ 4
— 1000000
1
1
1000000
4
4
4
8
+ 71
+ 91
+ 99
+ 71
— 71
— 91
— 71
— 99
71
71
71
71
71
71
99
0

Код программы

Решение задачи

Проанализируем задачу: так как требуется вывести число, которое встречается чаще всего на листках, находящихся в ящике после запроса удаления/добавления, а если таких чисел несколько, то вывести наименьшее, то задачу можно переформулировать следующим образом:

«Даётся последовательность (массив) объектов leaf [latex]x_{1}[/latex], [latex]x_{2}[/latex], [latex]x_{3}[/latex], [latex]\ldots[/latex], [latex]x_{999999}[/latex], [latex]x_{1000000}[/latex], представляющих из себя пару (number, amount)[latex]=x_{i}=\left(i, a_{i}\right) \in {\mathbb{N}_{0}}^{2}[/latex], где первые элементы пар [latex]i[/latex] представляет из себя число/номер листка, а вторые элементы [latex]a_{i}[/latex] — число листков с этим номером. Изначально все элементы пар [latex]a_{i}[/latex] равны нулю (так как изначально ящик пуст). Для запросов первого типа [latex]+ x[/latex] необходимо увеличивать на единицу число [latex]a_{i}[/latex] объекта, у которого номер [latex]i[/latex] равен [latex]x[/latex], а для запросов второго типа — уменьшать. Для каждого запроса необходимо вывести число [latex]j[/latex], удовлетворяющее условию [latex]j = \min\limits_{i \in \mathbb{K}}{i}[/latex], где [latex]\mathbb{K} = \{i \mid a_{i} = \max\limits_{k \in \{1, 2, \ldots, 1000000\}}{a_{k}} \}[/latex]».

Иными словами, число [latex]i[/latex] соответствует некоторому элементу [latex]x_{i} = \left(i, a_{i}\right)[/latex], который в свою очередь определяется операцией такой, что [latex]i[/latex] и [latex]a_{i}[/latex] удовлетворяют приведённым выше условиям. Очевидно, что данная операция является ассоциативной (как объединение минимума и максимума на заданных множествах), а потому для решения задачи воспользуемся универсальным деревом отрезков.

Создадим дерево отрезков box методом read_and_construct из объектов leaf. Так как нумерация листков начинается с единицы, а их число не превышает [latex]10^{6}[/latex], зададим размер базы дерева отрезков [latex]10^{6}+1[/latex], добавив неё элемент с индексом [latex]0[/latex]. Модифицируем метод read_and_construct таким образом, чтобы в функцию-препроцессор передавался номер элемента [latex]i[/latex], дабы была возможность задавать элементам [latex]x_{i}[/latex] их первоначальные значения [latex]\left(i, 0\right)[/latex]. Вышеупомянутую операцию назовём max_leafs и определим таким образом, чтобы она принимала два аргумента [latex]x_{i} = \left(i, a_{i}\right)[/latex] и [latex]x_{j} = \left(j, a_{j}\right)[/latex] и возвращала тот из них, у которого значение [latex]a[/latex] является большим, а в случае равенства этих значений — аргумент с меньшим индексом. Нейтральным элементом относительно данной операции будет, очевидно, пара [latex]\left(+\infty, 0\right)[/latex], но в силу того, что номера элементов не превышают [latex]10^6[/latex], вместо неё мы будем пользоваться парой [latex]\left(2 \times 10^{6}, 0\right)[/latex].

Далее при запросах вида [latex]+ x[/latex] будем увеличивать соответствующее значение [latex]a_{x}[/latex] пары [latex]\left(x, a_{x}\right)[/latex] на единицу, а при запросах вида [latex]- x[/latex] — уменьшать. Для обоих запросов будем выводить номер заданного листка, который удовлетворяет приведённым в задаче условиям, с использованием метода result_on_segment на всём отрезке [latex]\left[0, 10^{6}\right][/latex]. Ответом для каждого запроса будет значение number пары, которую вернёт метод.

Примечание: ситуация когда ящик становится пустым нигде не обрабатывается, но в силу того, что мы определили массив на отрезке [latex]\left[0, 10^{6}\right][/latex] вместо [latex]\left[1, 10^{6}\right][/latex] в нём всегда есть пара [latex]\left(0, 0\right)[/latex] (листки с номером [latex]0[/latex], число (значение [latex]b[/latex]) которых всегда равно [latex]0[/latex] в силу того, что листки с номером [latex]0[/latex] в ящик не добавляются). Так как определённая нами операция всегда возвращает минимальный номер листка, число которого максимально, то в случае, когда ящик пуст (т.е. значения всех [latex]a_{i} = 0, i = 0, 1, \ldots, 10^{6}[/latex]) будет выводится номер листка [latex]0[/latex]. Этот побочный эффект данного нами определения массива решает эту ситуацию и завершает решение задачи.

Ссылки

A274. Среднее арифметическое всех членов последовательности, кроме одного

Задача из сборника задач по программированию Абрамова С.А. 2000г.
Даны действительные числа [latex]a_{ 1 }[/latex],…,[latex]a_{ 20 }[/latex]. Получить числа [latex]b_{ 1 }[/latex],…,[latex]b_{ 20 }[/latex], где [latex]b_{ i }[/latex] – среднее арифметическое всех членов последовательности [latex]a_{ 1 }[/latex],…,[latex]a_{ 20 }[/latex], кроме [latex]a_{ i }[/latex] ([latex]i[/latex] = 1,2,…,20).

Обобщим задачу для последовательности длины [latex]n[/latex]
Даны действительные числа [latex]a_{ 1 }[/latex],…,[latex]a_{ n }[/latex]. Получить числа [latex]b_{ 1 }[/latex],…,[latex]b_{ n }[/latex], где [latex]b_{ i }[/latex] – среднее арифметическое всех членов последовательности [latex]a_{ 1 }[/latex],…,[latex]a_{ n }[/latex], кроме [latex]a_{ i }[/latex] ([latex]i[/latex] = 1,2,…,[latex]n[/latex]).

Входные данные:
Последовательность действительных чисел.

Выходные данные:
[latex]n[/latex] чисел, [latex]i[/latex]-ое из которых является средним арифметическим всех членов последовательности, кроме [latex]i[/latex]-го ([latex]i[/latex] = 1,2,…,[latex]n[/latex]).

Тесты

Входные данные Выходные данные
1 4 The sequence must consist of at least two elements.
2 1 0 1 The arithmetic average of all elements of this series except the element №i is:
for i = 1: 0.5
for i = 2: 1
for i = 3: 0.5
3 10.1 2.4 11.3 0.8 The arithmetic average of all elements of this series except the element №i is:
for i = 1: 4.8(3)
for i = 2: 7.4
for i = 3: 4.4(3)
for i = 4: 7.9(3)
4 2.5 -1.5 4 -9 1.22 The arithmetic average of all elements of this series except the element №i is:
for i = 1: -1.32
for i = 2: -0.32
for i = 3: -1.695
for i = 4: 1.555
for i = 5: -1

Код на C++

Код на Java

Решение
Для начала, в первом цикле мы читаем числа из входного потока, помещаем их в вектор a и прибавляем к переменной sum, предназначенной для хранения суммы всех чисел последовательности. Последовательность должна состоять как минимум из двух элементов. Чтобы получить среднее арифметическое всех её членов, кроме [latex]i[/latex]-го, достаточно отнять [latex]i[/latex]-й элемент вектора a от значения переменной sum и разделить результат на количество членов такой неполной последовательности, а оно будет на единицу меньше размера вектора a. Таким образом заполняется вектор b, в котором хранятся элементы последовательности [latex]b_{ 1 }[/latex],…,[latex]b_{ n }[/latex], после чего требуемая последовательность выводится.

Код на ideone.com (C++)
Код на ideone.com (Java)
Условие задачи (с.118)

Просто RSQ

Задача RSQ (Range Sum Query). Вам дан массив, необходимо отвечать на запросы получения суммы на отрезке и изменение одного элемента массива.

Ссылка на задачу на codeforces.com.

Имя входного файла: rsq.in
Имя выходного файла: rsq.out
Ограничение по памяти: 2 секунды
Ограничение по времени: 256 мегабайт

Формат входного файла

Входной файл в первой строке содержит два числа [latex]n[/latex] [latex]\left(1 \le n \le 10^{5} \right)[/latex] — размер массива и [latex]m[/latex] [latex]\left(1 \le m \le 10^{5} \right)[/latex] — количество запросов. Во второй строке задано начальное состояние массива [latex]a_{1}[/latex], [latex]a_{2}[/latex], [latex]\ldots[/latex], [latex]a_{n}[/latex] [latex]\left( -10^{5} \le a_{i} \le 10^{5} \right)[/latex].

Далее идёт [latex]m[/latex] строк с запросами вида [latex]t[/latex] [latex]x[/latex] [latex]y[/latex] [latex]\left( 0 \le t \le 1 \right)[/latex]. Если [latex]t = 0[/latex], тогда на запрос нужно вывести сумму элементов массива с индексами от [latex]x[/latex] до [latex]y[/latex] (в данном случае [latex]1 \le x \le y \le n[/latex]). Если [latex]t = 1[/latex], тогда надо присвоить элементу массива с индексом [latex]x[/latex] значение [latex]y[/latex] (в этом случае [latex]1 \le x \le n[/latex], [latex]-10^{5} \le y \le 10^{5}[/latex]).

Формат выходного файла

На каждый запрос суммы отрезка выведите одно число в новой строке — запрашиваемая сумма.

Примеры

rsq.in rsq.out
5 3
1 2 3 4 5
0 1 5
1 1 -14
0 1 5
15
0
8 2
7 3 -10 4 1 2 5 6
0 2 4
0 5 7
-3
8

Код программы

Решение задачи

Основная идея приведённого выше решения этой задачи заключается в оптимизации обработки запросов суммы построением дерева отрезков.
Сохраним сумму всех элементов массива в переменной sum. Теперь, если нам дан запрос суммы на отрезке [latex]\left[ x; y \right][/latex], то если [latex]y — x > \frac{n}{2}[/latex] (то есть если данный отрезок содержит больше элементов, чем половина всего отрезка) то считаем сумму элементов на отрезке [latex]\left[ 1; x-1 \right] \cup \left[ y+1; n \right] = \left[ 1; n \right] \setminus \left[ x; y \right][/latex] и отнимаем от суммы всех элементов, иначе (если [latex]y — x \le \frac{n}{2}[/latex], то) просто считаем сумму элементов на отрезке [latex]\left[ x; y \right][/latex]. Если же поступает запрос на замену значения элемента, то вычитаем из sum старое значение и прибавляем новое.

Таким образом, максимальная сложность запросов суммы (при простом подходе к задаче) уменьшается вдвое.

Ссылки

MS17. Самосинхронизирующийся скремблер

Задача

Рассматривая входной поток как последовательность бит, зашифруйте его при помощи восьмибитового самосинхронизирующегося скремблера. Начальное значение и обратные связи скремблера должны быть заданы в программе значениями двух переменных типа unsigned char. Как расшифровать полученный код.

Примечание: разобьём данную нам задачу на две подзадачи. В первой будет рассмотрено скремблирование входных данных, а во второй будет проведено дескремблирование исходных данных первой подзадачи.

Подзадача 1

Рассматривая входной поток как последовательность бит, зашифруйте его при помощи восьмибитового самосинхронизирующегося скремблера.

Входные данные

Некая символьная последовательность.

Выходные данные

Зашифрованная символьная последовательность.

Тесты

Входные данные Выходные данные
Dogs eat meat. ea 27 33 77 25 11 66 75 5 3b e0 89 6b fa
Scramble it! fc 5a 80 ef 75 43 1e 92 9b 46 57 6
Base, base, it’s cheeseburger 1. Can you hear me? ec 49 a0 c9 72 75 43 13 55 66 28 80 e7 ed 1b d5 af 3f ad 19 e2 ba 78 93 db 18 f0 9c 2c c0 fe 33 21 75 40 2c c0 b2 f2 ad 58 bb 68 81 ed 1c ba 78 cb

Код программы

Решение задачи

Для зашифровки будем использовать стандартный алгоритм скремблирования. Скремблером будет переменная key, которая изначально равна [latex]5[/latex]. Выбирать из скремблера будем нулевой и четвёртый биты. Входные данные будут поступать в переменную input, после чего на них и на скремблере будет применяться функция scram.
Так как входные данные имеют формат unsigned char, считывание не прекратится никогда вплоть до принудительной остановки программы, ведь любые входные данные могут быть восприняты как символы. Для предотвращения этого, необходим символ, который будет служить «сигналом» для остановки программы. В нашем случае, это будет символ перехода на следующую строку.
Основная проблема задачи заключается в выводе зашифрованных данных, так как в результате скремблирования некоторые символы могут оказаться не отображаемыми. Дабы избежать подобной ситуации, зашифрованные данные будем выводить в шестнадцатеричном числовом формате.

Подзадача 2

Расшифровать входные данные из предыдущей подзадачи.

Входные данные

Некие зашифрованные данные, записанные в виде последовательности чисел шестнадцатеричного формата.

Выходные данные

Расшифрованные данные.

Тесты

Входные данные Выходные данные
ea 27 33 77 25 11 66 75 5 3b e0 89 6b fa Dogs eat meat.
fc 5a 80 ef 75 43 1e 92 9b 46 57 6 Scramble it!
ec 49 a0 c9 72 75 43 13 55 66 28 80 e7 ed 1b d5 af 3f ad 19 e2 ba 78 93 db 18 f0 9c 2c c0 fe 33 21 75 40 2c c0 b2 f2 ad 58 bb 68 81 ed 1c ba 78 cb Base, base, it’s cheeseburger 1. Can you hear me?

Код программы

Решение задачи

Для расшифровки будем применять обратный алгоритм к использованному в предыдущей задаче. Значение необходимого для расшифровки дескремблера нам известно из предыдущей задачи (а именно — [latex]5[/latex]), поэтому его мы и используем.
Входные данные будут считываться методом cin, где параметр hex будет указывать на то, что данные поданы в шестнадцатеричном формате. После считывания на входных данных будет применяться алгоритм дескремблирования, и итоговые данные будут выведены на экран.

Ссылки

A333. Наибольший общий делитель чисел последовательности

Примечание: [latex]GCD[/latex] — Greatest common divisor (Наибольший общий делитель, НОД).

Задача

Даны натуральные числа [latex]m[/latex], [latex]n_1[/latex], [latex]\ldots[/latex], [latex]n_m[/latex] [latex]m \ge 2[/latex]. Вычислить [latex]GCD \left( n, \ldots, n_m \right)[/latex], воспользовавшись для этого соотношением [latex]GCD \left( n, \ldots, n_k \right) = GCD \left( GCD \left( n, \ldots, n_{k-1} \right), n_k \right)[/latex] [latex]\left( k = 3, \ldots, n \right)[/latex] и алгоритмом Евклида.

Входные данные

Количество чисел [latex]m[/latex]; числа [latex]n_1[/latex], [latex]\ldots[/latex], [latex]n_m[/latex].

Выходные данные

[latex]GCD \left( n_1, \ldots, n_m \right)[/latex].

Тесты

Входные данные Выходные данные
2 3 4 1
2 4 8 4
4 24 23 40 90 1
4 36 48 20 24 4
3 30 738 1926 6

Код программы

Решение задачи

Для решения данной задачи необходимо использовать данную в условии формулу [latex]GCD \left( n, \ldots, n_k \right) = GCD \left( GCD \left( n, \ldots, n_{k-1} \right), n_k \right)[/latex] [latex]\left(*\right)[/latex].
Также необходимо воспользоваться алгоритмом Евклида для реализации рекурсивной функции [latex]GCD[/latex]:
Пусть [latex]m[/latex] и [latex]n[/latex] — одновременно не равные нулю целые неотрицательные числа и пусть [latex]m \ge n[/latex]. Тогда если [latex]n=0[/latex], то [latex]GCD\left(n, m\right)=m[/latex], а если [latex]n\ne0[/latex], то для чисел [latex]m[/latex], [latex]n[/latex] и [latex]r[/latex], где [latex]r[/latex] — остаток от деления [latex]m[/latex] на [latex]n[/latex], выполняется равенство [latex]GCD\left(m, n\right)=GCD\left(n, r\right)[/latex]. (задача 89 задачника С. Абрамова)
Программа записывает в переменную m число [latex]m[/latex], а в result — [latex]n_1[/latex].
Затем, используя формулу [latex]\left(*\right)[/latex], программа до окончания цикла считывает следующие числа из последовательности поверх предыдущих в переменную n и находит сперва [latex]GCD\left(n_1, n_2\right)=x_1[/latex], [latex]GCD\left(x_1, n_3 \right)=x_2[/latex], затем [latex]GCD\left(x_2, n_4\right)=x_3[/latex] и так далее, вплоть до нахождения [latex]GCD[/latex] всех чисел, постоянно записывая новые [latex]GCD[/latex] поверх старых в переменную result. В итоге, программа выводит результирующий [latex]GCD[/latex], который и является ответом.

Ссылки