e-olymp 8367. Таксі

Задача

Аліна хоче замовити таксі через один відомий додаток. Одразу декілька водіїв готові приїхати на її замовлення.

Проте Аліна — дівчинка відповідальна, вона бажає поїхати із найдосвідченішим таксистом, тобто з тим, який вже здійснив найбільшу кількість перевезень. Але ось невдача — додаток не показує кількість перевезень, здійснених водієм. Єдина інформація, якою володіє Аліна — рейтинг водія.

Нагадаємо, що по завершенню кожного перевезення пасажир виставляє водієві оцінку — ціле число від $1$ до $5$ включно. Рейтинг таксиста $R$ рахується як середнє арифметичне усіх отриманих ним оцінок.

Завдання

Допоможіть Аліні – напишіть програму, яка визначить мінімально можливу кількість перевезень, які мав здійснити таксист щоб отримати рейтинг рівно $R$ (без округлень).

Вхідні дані

В єдиному рядку вхідного файлу знаходиться дійсне число $R$ $\left(1 \leqslant R \leqslant 5 \right)$ — рейтинг водія з точністю не більш ніж $18$ знаків після десяткової крапки.

Вихідні дані

В першому рядку вихідного файлу виведіть єдине натуральне число — відповідь на задачу, або $-1,$ якщо заданий рейтинг отримати неможливо.

Якщо рейтинг отримати можливо, у другому рядку необхідно вивести $5$ цілих невід’ємних чисел — кількість оцінок $1,$ $2,$ $3,$ $4$ і $5$ відповідно, отриманих водієм. У разі коли існує декілька варіантів оцінок, які призводять до оптимальної відповіді, дозволяється вивести будь-який з них.

Оцінювання

Пiдзадача. Бали. Додатковi обмеження. Необхідні підзадачі.

  1. $0$ Тести з умови —
  2. $41$ Точнiсть $R$ не бiльш нiж $1$ знак пiсля коми —
  3. $33$ Точнiсть $R$ не бiльш нiж $6$ знаків пiсля коми $0,$ $1$
  4. $26$ Точнiсть $R$ не бiльш нiж $18$ знаків пiсля коми $0,$ $1,$ $2$

Тести

# Вхідні дані Вихідні дані
1 3.0009 10000
0 0 9991 9 0
2 2.0805216 312500
0 287337 25163 0 0
3 4.999999999999999998 500000000000000000
0 0 0 1 499999999999999999
4 1.123581321345589144 125000000000000000
109552334831801357 15447665168198643 0 0 0
5 3.141592653585793236 250000000000000000
0 0 214601836603551691 35398163396448309 0

Код (cтроки string)

Код (cтроки c-string)

 

Розв’язок задачі

Спочатку зазначимо, що для рейтингу з точністю $k$ знаків після десяткової коми оптимальна відповідь завжди $\leqslant 10^k$. Розглянемо це на прикладі. Нехай ми маємо рейтинг $3.xxx,$ де $xxx$ — $3$ будь-які цифри. Припустимо, що таксист отримав $10^3=1000$ оцінок $3.$ Тоді його рейтинг буде дорівнювати $\frac{3\cdot1000}{1000}=3.000,$ тобто рівно $3.$ Тепер спробуємо замінити одну оцінку $3$ на $4.$ Тоді його рейтинг дорівнюватиме $\frac{3\cdot 999+4\cdot 1}{999+1}=\frac{3001}{1000}.$ Тобто замінивши одну трійку на четвірку ми збільшили рейтинг на $\frac{1}{1000}.$ Таким чином якщо поступово змінювати усі $3$ на $4$ ми зможемо отримати будь-який рейтинг від $3.000$ до $4.000$ з трьома знаками після коми, а отже і заданий рейтинг $3.xxx.$

Підзадача $1$:

Виходячи з вищезазначеного відповідь $\leqslant 10.$ Тоді ЇЇ можна отримати просто перебравши усі можливі комбінації оцінок $5$-ма вкладеними циклами.

Підзадача $2$:

Доведемо, що оптимальну відповідь завжди можна отримати тільки за допомогою оцінок двох сусідніх типів $a$ та $\left(a+1\right),$ або одного типу (якщо рейтинг цілий). Припустимо, що існує оптимальна відповідь, у якій НЕ сусідні оцінки $x$ та $y,$ $x<y.$ У випадку, якщо $y-x=3,$ ми можемо замінити їх на $x+1$ та $y-1.$ Якщо $y-x=2$ або $y-x=4,$ можна замінити їх на дві оцінки по $x+1$ або $x+2$ відповідно. Ці дії жодним чином не впливають ні на суму, ні на кількість оцінок, а тому не впливають і на середнє арифметичне. Таким чином, будь-який набір оцінок можна звести до набору оцінок з щонайбільше двох типів. Очевидно, що ці два типи — рейтинг округлений вниз та вгору.

Тоді розв’язання полягає у тому щоб перебрати кількість оцінок першого типу, порахувати скільки потрібно оцінок другого типу, аби отримати заданий рейтинг і перевірити, чи кількість оцінок другого типу ціла (тобто такий розподіл оцінок можливий). Нехай рейтинг рівня $R,$ покладемо $a=\lfloor R\rfloor,$ кількість оцінок типу $a$ дорівнює $x,$ а кількість оцінок типу $a+1$ (якщо вони необхідні) дорівнює $y.$ Тоді, $x\cdot a+y\cdot\left(a+1\right)=R\cdot x+R\cdot y.$ З цього, щоб отримати точну відповідь, потрібно виконувати операції у цілих числах або у $64$-бітних числах з плавоючою комою.

Підзадача $3$:

Представимо рейтинг $R$ у вигляді звичайного дробу, домноживши чисельник та знаменник на $10^{18}$. Виходячи з визначення середнього арифметичного, знаменник цього дробу $10^{18}$ — кількість отриманих оцінок, а чисельник $\left( R \cdot 10^{18} \right)$ — їх сума. Якщо цей дріб можна скоротити, це зменшить кількість оцінок, тому що знаменник (тобто кількість оцінок) зменшиться, а відношення чисельника до знаменника (тобто рейтинг) не зміниться. Отже, чисельник і знаменник потрібно поділити на їх НСД. Припустимо, що після скорочення ми отримали дріб $\frac{a}{b}.$ Очевидно, що отримане у знаменнику число $\left( b \right)$ і є оптимальною відповіддю, адже дріб нескоротний і зменшити знаменник не вдасться. Тепер потрібно довести, що ця відповідь завжди досяжна, тобто існує набір з $b$ оцінок від $1$ до $5$, сума яких дорівнює $a.$

Доведення цього факту аналогічне доведенню у підзадачі $2.$ Зауважимо, що завжди $b \leqslant a \leqslant 5b,$ бо рейтинг за умовою від $1$ до $5$. Тепер припустимо, що усі оцінки дорівнюють $1.$ Тоді чисельник дорівнюватиме $1 \cdot b,$ тобто $b.$ Тепер змінемо будь-яку оцінку $\left( m \neq 5 \right)$ на $m+1.$ Тоді чисельник збільшиться на $1,$ а знаменник залишиться рівним $b.$ Поступово здійснюючи такі заміни, можемо припустити «пройти» через усі значення від $b$ до $5b,$ зокрема і через $a,$ яке нам потрібно отримати.

Аби відновити самі оцінки, згадаємо доведений у другій підзадачі факт про те, що оптимальну відповідь завжди можна отримати з оцінок $\lfloor R\rfloor$ та $\lceil R\rceil.$ Якщо б усі оцінки дорівнювали $\lfloor R\rfloor,$ чисельник був би $b \cdot \lfloor R\rfloor .$ Але чисельник дорівнює $a \geqslant b \cdot \lfloor R\rfloor ,$ тому кількість оцінок $\lceil R\rceil$ як раз дорівнює залишку, тобто $a-b \cdot \lfloor R\rfloor .$ Решта оцінок – оцінки $\lfloor R\rfloor .$ Також зауважимо, що через недостатню точність зберігання чисел з плаваючою комою у пам’яті комп’ютера, необхідно зчитувати рейтинг у вигляді рядка і конвертувати одразу у ціле число.

Посилання

Умова на e-olymp
Код (cтроки string)
Код (cтроки c-string)

e-olymp 8528. Система глобальнейшего позиционирования

Задача

Недавно во Флатландии было решено создать Новейшую Систему Глобальнейшего Позиционирования. Поскольку страна занимает бесконечно большой участок плоскости, то вывод спутников очень затруднителен, поэтому было решено ограничиться наземным методом позиционирования.

Для этого во Флатландии было построено три радиовышки, не находящиеся на одной прямой. Объект, который хочет узнать свое местоположение, посылает вышкам сигнал. По силе сигнала, дошедшего до вышек, определяется расстояние между вышками и объектом.
Напишите программу, которая реализует последний компонент системы, который, получая координаты вышек и расстояния от объекта до каждой из них, находит координаты объекта.

Входные данные

В первой строке находятся три пары чисел $x_{1}$, $y_{1}$, $x_{2}$, $y_{2}$, $x_{3}$ и $y_{3}$  — координаты вышек. Во второй строке находятся три неотрицательных числа — расстояния до соответствующих вышек. Все входные числа целые и по модулю не превышают $50$.

Выходные данные

Если не существует такого местоположения объекта, что расстояния до вышек соответствовали бы данным, то выведите в единственное слово «Impossible». Иначе выведите два числа — координаты объекта с точностью до шести знаков после запятой.

Тесты

# ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1 0 4 2 6 5 0
2 2 5
2.000000 4.000000
2 2 2 0 1 1 1
2.828427 1 1.4142135
0.000000 0.000000
3 -5 3 -3 3 -2 4
3 1 1
-2.000000 3.000000
4 0 0 2 1 2 -2
0.841722586 2 2
0.677124 -0.500000
5 0 0 10 0 5 6
7 7 1
Impossible

Код программы (Линейные вычисления)

Код программы (Ветвления)

Решение задачи

Для решения данной задачи нужно найти точку пересечения трёх окружностей, следовательно получаем систему из трёх уравнений окружностей, а именно:

[latex]\begin{cases}(x_{1} — x)^{2} + (y_{1} — y)^{2} = r_{1}^{2},\\(x_{2} — x)^{2} + (y_{2} — y)^{2} = r_{2}^{2}, \\(x_{3} — x)^{2} + (y_{3} — y)^{2} = r_{3}^{2};\end{cases}[/latex]

где $x_{1}$, $y_{1}$, $x_{2}$, $y_{2}$, $x_{3}$ и $y_{3}$  — координаты вышек, $r_{1}$, $r_{2}$ и $r_{3}$ — расстояния до соответствующих вышек, $x$ и $y$ — координаты объекта.

После применения формул сокращённого умножения многочленов, получим систему вида:

[latex]\begin{cases}x_1^2-2x_{1}x+x^{2}+y_1^2-2y_{1}y+y^{2}=r_1^2, & (1)\\x_2^2-2x_{2}x+x^{2}+y_2^2-2y_{2}y+y^{2}=r_2^2, & (2)\\x_3^2-2x_{3}x+x^{2}+y_3^2-2y_{3}y+y^{2}=r_3^2; & (3)\end{cases}[/latex]

Отнимем от первого уравнения второе и от  второго уравнения третье, получим:

[latex]\begin{cases}x_1^2-x_2^2-2x_{1}x+2x_{2}x+y_1^2-y_2^2-2y_{1}y+2y_{2}y=r_1^2-r_2^2, & (1)-(2)\\x_2^2-x_3^2-2x_{2}x+2x_{3}x+y_2^2-y_3^2-2y_{2}y+2y_{3}y=r_2^2-r_3^2; & (2)-(3)\end{cases}[/latex]

Далее выражаем $x$ и $y$:

[latex]\begin{cases}2y(y_{2}-y_{1})=r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2+2x_{1}x-2x_{2}x-y_1^2+y_2^2,\\2y(y_{3}-y_{2})=r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2+2x_{2}x-2x_{3}x-y_2^2+y_3^2;\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases}2x(x_{2}-x_{1})=r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2+2y_{1}y-2y_{2}y-x_1^2+x_2^2,\\2x(x_{3}-x_{2})=r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2+2y_{2}y-2y_{3}y-x_2^2+x_3^2;\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases}y=\frac{r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2+2x_{1}x-2x_{2}x-y_1^2+y_2^2}{2(y_{2}-y_{1})},\\y=\frac{r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2+2x_{2}x-2x_{3}x-y_2^2+y_3^2}{2(y_{3}-y_{2})};\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases}x=\frac{r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2+2y_{1}y-2y_{2}y-x_1^2+x_2^2}{2(x_{2}-x_{1})},\\x=\frac{r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2+2y_{2}y-2y_{3}y-x_2^2+x_3^2}{2(x_{3}-x_{2})};\end{cases}[/latex]

Приравняем соответствующие координаты объекта, получим систему вида:

[latex]\begin{cases}\frac{r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2+2x_{1}x-2x_{2}x-y_1^2+y_2^2}{2(y_{2}-y_{1})}=\frac{r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2+2x_{2}x-2x_{3}x-y_2^2+y_3^2}{2(y_{3}-y_{2})},\\\frac{r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2+2y_{1}y-2y_{2}y-x_1^2+x_2^2}{2(x_{2}-x_{1})}=\frac{r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2+2y_{2}y-2y_{3}y-x_2^2+x_3^2}{2(x_{3}-x_{2})};\end{cases}[/latex]

Находим координаты объекта:

[latex]\begin{cases} \begin{split} 2(y_{3}-y_{2})(r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2+2x_{1}x-2x_{2}x-y_1^2+y_2^2)= \\ =2(y_{2}-y_{1})(r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2+2x_{2}x-2x_{3}x-y_2^2+y_3^2),\\2(x_{3}-x_{2})(r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2+2y_{1}y-2y_{2}y-x_1^2+x_2^2)= \\ =2(x_{2}-x_{1})(r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2+2y_{2}y-2y_{3}y-x_2^2+x_3^2); \end{split} \end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases} \begin{split} 2(y_{3}-y_{2})(2x_{1}x-2x_{2}x)-2(y_{2}-y_{1})(2x_{2}x-2x_{3}x) = \\ =2(y_{2}-y_{1})(r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2-y_2^2+y_3^2)-\\-2(y_{3}-y_{2})(r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2-y_1^2+y_2^2),\\2(x_{3}-x_{2})(2y_{1}y-2y_{2}y)-2(x_{2}-x_{1})(2y_{2}y-2y_{3}y)= \\ =2(x_{2}-x_{1})(r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2-x_2^2+x_3^2)-\\-2(x_{3}-x_{2})(r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2-x_1^2+x_2^2);\end{split}\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases} \begin{split} 4x(y_{3}-y_{2})(x_{1}-x_{2})-4x(y_{2}-y_{1})(x_{2}-x_{3})= \\ =2(y_{2}-y_{1})(r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2-y_2^2+y_3^2)-\\-2(y_{3}-y_{2})(r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2-y_1^2+y_2^2),\\4y(x_{3}-x_{2})(y_{1}-y_{2})-4y(x_{2}-x_{1})(y_{2}-y_{3})= \\ =2(x_{2}-x_{1})(r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2-x_2^2+x_3^2)-\\-2(x_{3}-x_{2})(r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2-x_1^2+x_2^2);\end{split}\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases}x=\frac{2((y_{2}-y_{1})(r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2-y_2^2+y_3^2)-(y_{3}-y_{2})(r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2-y_1^2+y_2^2))}{4((y_{3}-y_{2})(x_{1}-x_{2})-(y_{2}-y_{1})(x_{2}-x_{3}))},\\y=\frac{2((x_{2}-x_{1})(r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2-x_2^2+x_3^2)-(x_{3}-x_{2})(r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2-x_1^2+x_2^2))}{4((x_{3}-x_{2})(y_{1}-y_{2})-(x_{2}-x_{1})(y_{2}-y_{3}))};\end{cases}[/latex] [latex]\begin{cases}x=\frac{(y_{2}-y_{1})(r_2^2-r_3^2-x_2^2+x_3^2-y_2^2+y_3^2)-(y_{3}-y_{2})(r_1^2-r_2^2-x_1^2+x_2^2-y_1^2+y_2^2)}{2((y_{3}-y_{2})(x_{1}-x_{2})-(y_{2}-y_{1})(x_{2}-x_{3}))},\\y=\frac{(x_{2}-x_{1})(r_2^2-r_3^2-y_2^2+y_3^2-x_2^2+x_3^2)-(x_{3}-x_{2})(r_1^2-r_2^2-y_1^2+y_2^2-x_1^2+x_2^2)}{2((x_{3}-x_{2})(y_{1}-y_{2})-(x_{2}-x_{1})(y_{2}-y_{3}))}.\end{cases}[/latex]

Далее проводим проверку на принадлежность  найденных  координат объекта одной из окружностей. Если найденные координаты принадлежат окружности, то выводим два числа — координаты объекта с точностью до шести знаков после запятой. Если найденные координаты не принадлежат окружности, это означает, что не существует такого местоположения объекта, тогда выводим единственное слово «Impossible».

Ссылки

Условие на e-olymp

Код программы (Линейные вычисления)

Код программы (Ветвления)