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庞果英雄会第二届在线编程大赛·线上初赛：AB数

题目链接

给定两个正整数a,b，分别定义两个集合L和R，

集合L：即把1~a，1~b中整数乘积的集合定义为L = {x * y | x,y是整数且1 <= x <=a , 1 <= y <= b}；

集合R：1~a，1~b中整数异或的集合定义为集合R = {x ^ y | x,y是整数且1 <= x <=a , 1 <= y <= b}，其中^表示异或运算。

现从L中任取一个整数作为A，从R中任取一个整数作为B，如果必要在B的左边补0，使得B达到：“b的位数+1”位（十进制），然后把B接到A的右边，形成的一个十进制数AB。求所有这样形成数的和。

输入a,b  1<=a<=30, 1<=b<=10000000。

输出所有产生的AB数的和，由于结果比较大，输出对1000000007取余数的结果。

例如：a = 2, b = 4，

则L = {1 * 1, 1 * 2, 1 * 3, 1 * 4, 2 * 1, 2 * 2, 2 * 3, 2 * 4} =  {1, 2, 3, 4, 6, 8}

  R =  {1^1,1^2,1^3,1^4,2^1,2^2,2^3,2^4} =  {0, 1, 2, 3, 5, 6}

相接的时候保证R中的数至少有两位，所以相接后所有的AB数的集合是

{

100, 101, 102, 103, 105, 106,

200, 201, 202, 203, 205, 206,

300, 301, 302, 303, 305, 306,

400, 401, 402, 403, 405, 406,

600, 601, 602, 603, 605, 606,

800, 801, 802, 803, 805, 806

}

输出它们的和：14502。

 

 

 

假设b的位数为kb, 集合L，R中所有元素的和分别为sumL、sumR，集合L，R中元素的个数分别为sizeL、sizeR。从题目所给的例子可以很容易的分析出最后的结果 = sumL * (10^(kb + 1)) * sizeR + sumR * sizeL （对1000000007求模）。所以我们的目标是求sumL、sizeL和sumR、sizeR。

一 求集合R：sumR、sizeR

我们假设a <= b (如果a > b 可以两者交换)，a的十进制位数为ka, b的十进制位数为kb。因此异或求解集合R中元素时，只有b的最后ka个二进制位受影响，b的前kb-ka个二进制位可以表示0…2^(kb-ka)-1的所有数。现在我们只考虑b的后面ka个二进制位：

1、假设b = 11001，a = 101，那么R = {00001…11001}^{001…101}表示的数有哪些呢？ 我们可以看到两者异或后可以表示的最大的数是11001^100 = 11101（注意到后三位异或能表示的最大为001^100 = 101）, 最小的数是00001^001 = 00000（注意到后三位异或能表示的最小为001^001 = 000），界于最大和最小的数之间的所有数都可以表示（这是因为后三位异或可以表示000~101之间的所有数）。

2、假设b = 11000，a = 101，那么R = {00001…11001}^{001…101}表示的数有哪些呢？ 我们可以看到两者异或后可以表示的最大的数是11001^100 = 11101（注意到后三位异或能表示的最大为001^100 = 101）, 最小的数是00001^001 = 00000（注意到后三位异或能表示的最小为001^001 = 000），界于最大和最小的数之间的所有数都是不是都可以表示呢，答案是否定的，b本身就不能表示(11000 = 11000^000, 但是题目中说明了y>=1,y不能等于0)。

3、那么什么时候R中不包括b呢：当b的后ka个二进制位全部为0时，b就不属于集合R

4、如何R中的最大元素，要求最大元素，就要使b的后ka个二进制位中1的个数最多，假设a = 10110101， b的后8位为backb = 00101101，注意到我们可以通过异或使backb从左边第三位(左起第一个1)起全部为1(即101101^010010 = 111111)，backb的前两位最大能表示00^10 = 10，因此a^backb最大为10111111。即选取b的后ka个二进制位backb，把backb左起第一个二进制位1开始全部置1，backb的其余为和a的对应位异或，这样得到的数就是R的最大值。

5、还需要注意一点是，如果a、b中有一个数为1，那么R中1就不属于集合R，因为1要和0异或才能得到1.

综上所述，我们可以根据步骤4求得R的最大值，那么R = {0，1,2…maxR}，然后根据步骤3和步骤5判断一下b和1是否要从R中剔除，求R的复杂度为O(32)（32为整数的位数）

 

二 求集合L：sumL，sizeL

最简单的就是枚举，用哈希表排除重复元素，但是这样时间复杂度为O(ab), 当b很大时，会超时。

注意到其实我们没有必要求出L中所有的元素，我们需要的是L中元素的个数和元素的和。同理假设a <= b

sumL =

1*{1,2,3…b} +

2*{1,2,3…b} +

…+

a*{1,2,3…b} - 重复的元素

假设集合Li = i * {1,2,3…b}, 注意到为避免重复元素，对于i，不用每次都从1开始乘, 至少可以从 i 开始即 Li = i *{i, i+1,…b}。我们还可以进一步缩小范围，假设i 素因子分解后 i = m * n * k，其中k是最小的素因子，那么我只要从max( b / k +1, i )开始乘，因为m*n*k*(b/k + 1) = m*n*b + i. 当i = m*n 时，m*n*b前面已经计算过，因此至少可以从m*n*b + i 开始计算。所以Li = i * {j, j+1, … ,b}, 其中j = max( b / minPrimeFactor(i)  + 1, i )   （ i = 1 时特别考虑）。

所以sumL = U( Li )， 其中（i = 1…a, U表示求集合的并集）。

求集合的并集，我们很容易想到容斥原理：

 

image

 

那么对于集合Lj …Lk的交集可以如下求：

先求j, j+1, …, k 的最小公倍数lcm，那么他们的交集 = lcm * {start…end}, 其中

start = ceil（max( max(b / minPrimeFactor(i) + 1, i ) ) / lcm），i = j…k  （即交集的最小元素 >= 所有集合的第一个元素的最大值）

end = j*b / lcm （即交集的最大元素 <= 第一个集合的最大元素）

 

如果a = 30我们就要求2^30-1次交集，注意到求交集的过程中很多为空集，比如L1∩L2 = 空集，因此L1∩L2∩L3就没必要求了，这样可以减去很多计算。可以通过dfs搜索+剪枝来求sumL，求的过程中我们也很容易求得sizeL。本文地址

 

三 求最终结果

通过公示 sumL * (10^(kb + 1)) * sizeR + sumR * sizeL （对1000000007求模）求最终结果

 

最后还需要注意的是，由于数据较大，用int会溢出，（我求最小公倍数时用int，这个错误找了好久）

 

class Test {
private:
    static const long long MAXRES = 1000000007;
    static int round(double d)
    {
        return ceil(d) - d < d - floor(d) ? ceil(d) : floor(d);
    }
    static long long sequenceSum(int minVal, int maxVal)
    {
        if(minVal > maxVal)return 0;
        return (minVal + maxVal)*(maxVal - minVal + 1LL)/2;
    }

    //compute Least Common Multiple of a,b
    static long long lcm(long long a, long long b)
    {
       long long tmp, aCopy = a, bCopy = b;
        while(b != 0)
        {
            tmp = b;
            b = a % b;
            a = tmp;
        }
        //a is gcd(a,b)
        return aCopy / a * bCopy;
    }
    //compute sum(R) and sizeof(R)
    static void computeR()
    {
        bitset<32> bitMin(minp),bitMax(maxp);
        int i = 31;
        for(; i >= 0; i--)//find the first bit '1' in minp
            if(bitMin[i] == true)break;
        int minpBitNum = i + 1;
        //containMax indicates whether element max(a,b) is in set R
        bool containMax = false;
        for(int k = 0; k < minpBitNum; k++)
            if(bitMax[k] == true)containMax = true;
        for(; i >= 0 && bitMax[i] == false; i--)
            bitMax[i] = bitMax[i]^bitMin[i];
        for(; i >= 0; i--)
            bitMax[i] = true;
        int maxR = bitMax.to_ulong();//max element in set R
        sumR = 0;//sum of elements in R
        sizeR = maxR + 1;//the number of element in R
        sumR = sequenceSum(1, maxR);
        if(!containMax)
        {
            sumR  = (sumR - maxp) % MAXRES;
            if(sumR < 0)sumR += MAXRES;
            sizeR--;
        }
        if(minp == 1)
        {
            sumR--;
            sizeR--;
        }
    }
    static bool computeLRecur(int index, vector<int> &vec, long long lcmVec)
    {
        if(index == minp + 1)
        {
            int vecSize = vec.size();
            if(vecSize == 0)return true;
            int op = vecSize%2 == 0 ? -1 : 1;
            int seqStart = 0;
            for(int i = 0; i < vecSize; i++)
                seqStart = max(seqStart, mulStartVal[vec[i]]);
            seqStart = ceil( seqStart * 1.0 / lcmVec );
            int seqEnd = vec[0] * maxp / lcmVec;
            if(seqStart <= seqEnd)
            {
                sumL = (sumL + op * lcmVec *sequenceSum(seqStart, seqEnd))
                    % MAXRES ;
                sizeL += op * (seqEnd - seqStart + 1);
                return true;
            }
            else
                return false;
        }
        if(computeLRecur(index + 1, vec, lcmVec))
        {
            vec.push_back(index);
            computeLRecur(index + 1, vec, lcm(lcmVec, index));
            vec.pop_back();
            return true;
        }
        else return false;
    }
    //compute sum(L) and sizeof(L)
    static void computeL()
    {
        //min prime factor of [0,1,2...30]
        int minPriFac[] = {0, 1,2,3,2,5,2,7,2,3,2, 11,2,13,2,3,2,17,2,19,2
                            ,3,2,23,2,5,2,3,2,29,2};
        sumL = 0;
        sizeL = 0;
        mulStartVal.clear();
        mulStartVal.push_back(0);
        mulStartVal.push_back(1);
        for(int i = 2; i <= minp; i++)
            mulStartVal.push_back(max(maxp / minPriFac[i] + 1, i) * i);
        vector<int> vec;
        computeLRecur(1, vec, 1);
    }
public:
    static int minp, maxp;//minp = min(a,b),maxp = max(a,b)
    //sumR = sum of elelment in set R
    //sumL = sum of elelment in set L
    //sizeR = number of element in set R
    //sizeL = number of element in set L
    static long long sumR, sizeR, sizeL, sumL;
    static vector<int> mulStartVal;

    static int run (int   a,int   b)
    {
        //--------compute the digit number of b
        int bDigitNum = 0;
        for(int bcopy = b, factor = 10; bcopy != 0;)
        {
            bcopy = bcopy / factor;
            bDigitNum++;
        }
        minp = a > b ? b : a;
        maxp = a > b ? a : b;

        //--------comput sum(R) and sizeof(R)
        computeR();

        //--------comput sum(L) and sizeof(L)
        computeL();

        //compute final result, result = sumL*factor*sizeR + sumR*sizeL
        long long factor = round(pow(10.0, bDigitNum + 1));
        long long res = sumL * factor % MAXRES;
        res = res * sizeR % MAXRES;
        res = (res + (sizeL * sumR)) % MAXRES;
        return res;
    }
};
int Test::minp;
int Test::maxp;
long long Test::sumL;
long long Test::sizeL;
long long Test::sizeR;
long long Test::sumR;
vector<int> Test::mulStartVal;
//------------------------------------------
int main()
{
    int a = 30, b = 10000000;
    cout<<Test::run(a,b)<<endl;
    return 0;
}

 

顺便附上caopengcs大神的代码，感谢他的分享

  1 const int M = 1000000007;
  2 
  3 int NUM,SUM;
  4 int num[22],sum[22],all[33];
  5 
  6 
  7 
  8 class Test3 {
  9 public:
 10 static int length(int x) {
 11 int i;
 12     for (i = 0; x; x /=10, ++i)
 13     ;
 14     return i;
 15 }
 16 
 17 static long long gcd(long long x,long long y) {
 18     return y?gcd(y, x % y):x;
 19 }
 20 
 21 static int mul(long long x, long long y) {
 22     if (x >= M) {
 23         x %= M;
 24     }
 25     if (y >= M) {
 26         y %= M;
 27     }
 28     if( (x *= y) >= M) {
 29         x %= M;
 30     }
 31     return x;
 32 }
 33 
 34 static int add(long long x,long long y) {
 35     if (x >= M) {
 36         x %= M;
 37     }
 38     if (y >= M) {
 39         y %= M;
 40     }
 41 
 42     if ((x += y) >= M) {
 43         x -= M;
 44     }
 45     return (int) x;
 46 }
 47 
 48 static int dec(long long x,long long y) {
 49     if (x >= M) {
 50         x %= M;
 51     }
 52     if (y >= M) {
 53         y %= M;
 54     }
 55     if ((x -= y) < 0) {
 56         x += M;
 57     }
 58     return (int) x;
 59 }
 60 
 61 static void help(long long x, int one,int *a,int now,int len,  long long lcm) {
 62 
 63     if (now >= len) {
 64         if (one == 0) {
 65             return;
 66         }
 67         long long n = x / lcm;
 68         int s;
 69         if (n & 1) {
 70             s = mul(n, (n + 1) >> 1);
 71         }
 72         else {
 73             s = mul(n >> 1, n + 1);
 74         }
 75         s = mul(s, lcm);
 76         if (one & 1) {
 77             SUM = add(SUM, s);
 78             NUM = add(NUM, n);
 79         }
 80         else {
 81             SUM = dec(SUM, s);
 82             NUM = dec(NUM, n);
 83         }
 84         return;
 85     }
 86     help(x, one, a, now + 1, len,  lcm);
 87     long long temp = a[now] / gcd(lcm, a[now]);
 88     if (temp > x / lcm) {
 89         return;
 90     }
 91     lcm *= temp;
 92     help(x, one  + 1, a, now + 1, len, lcm);
 93 }
 94 
 95 static int run(int a,int b) {
 96 int lenb = length(b), lena = length(a), len, L = 0;
 97     memset(num,0,sizeof(num));
 98     memset(sum,0,sizeof(sum));
 99     for (int i = 1; i <= a; ++i) {
100         if ((i != 1) && ((i ^ 1) <= b)) {
101             num[0] = add(num[0], 1);
102             sum[0] = add(sum[0], 1);
103             break;
104         }
105     }
106     if (b > 1) {
107         for (int i = 1; i <= a; ++i) {
108             if ((i != b) && ((i ^ b) <= b)) {
109                 num[0] = add(num[0], 1);
110                 sum[0] = add(sum[0], b);
111                 break;
112             }
113         }
114     }
115     for (int i = 2; i < b; ++i) {
116         num[0] = add(num[0], 1);
117         sum[0] = add(sum[0], i);
118     }
119     num[0] = add(num[0], 1); //0
120     for (int i = 1; i <= a; ++i) {
121         for (int j = 1; j <= a; ++j) {
122             if ((((i + b) ^ j) <= b) && (i + b != j)) {
123                 len = max(length(i + b) - lenb - 1, 0);
124                 num[len] = add(num[len], 1);
125                 sum[len] = add(sum[len], i + b);
126                 L = max(L, len);
127                 break;
128             }
129         }
130     }
131 
132     int s = 0, n = 0;
133     // ( (i - 1) * B, i * B]
134     int m = 0;
135     for (int i = a; i; --i) {
136         int k = 0;
137         for (int j = 0; j < m; ++j) {
138             if (all[j] % i) {
139                 all[k++] = all[j];
140             }
141         }
142         all[k++] = i;
143         m = k;
144         long long x = ((long long) i) * ((long long) b);
145         SUM = NUM = 0;
146         help(x, 0, all, 0, m, 1);
147         s = add(s, SUM);
148         n = add(n, NUM);
149         SUM = NUM = 0;
150         help(x - b, 0, all, 0, m, 1);
151         s = dec(s, SUM);
152         n = dec(n, NUM);
153     }
154     int w = 1;
155     for (int i = 0; i <= lenb; ++i) {
156         w = mul(w, 10);
157     }
158     int answer = 0;
159     int numR = 0;
160 
161     for (int i = 0; i <= L; ++i) {
162         //printf("%d %d\n",num[i], sum[i]);
163 
164         answer = add(add(mul(mul(s, w), num[i]), mul(n, sum[i])), answer);
165         numR += num[i];
166     }
167     //cout<<"L: "<<s<<" "<<n<<endl;
168     //cout<<"R: "<<numR<<endl;
169     return answer;
170 }
171 };
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posted @ 2013-12-29 15:44  tenos  阅读(1191)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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