“喜欢开关灯的小明”问题

问题来源

小明特别喜欢开关灯。

现在有编号为1~100的灯初始状态是全开着的,现进行如下操作:

  • 编号是1的倍数的灯拨一下开关;
  • 编号是2的倍数的灯再拨一下开关;
  • 编号是3的倍数的灯再拨一下开关;
  • …………
  • 如此直到100的倍数。

问:此时还有多少盏灯仍然是开着的。

这个问题很简单,它其实就是在问:1~100中,有多少约数个数为偶数的数字。(偶数次操作的效果是没变化)

然后把这个分析翻译成C程序代码:

#include<stdio.h>
#define NUM 100
int main(){
    int n=0;
    for(int i=1;i<=NUM;i++){
        int p=0;
        for(int j=1;j<=i;j++)
            if(i%j==0)  p++;
        if(p%2==0)  n++;
    }
    printf("%d\n",n);
    return 0;
}

这样很快地就可以得到结果90,之后就结束了吗?

不,这个解法是比较的,比较的——试着换个加强版的问题:

87654321盏灯!

加强版问题来源

小明现在有87654321盏灯⊙﹏⊙b汗。

现在有编号为1~87654321的灯初始状态是全开着的,现进行如下操作:

  • 编号是1的倍数的灯拨一下开关;
  • 编号是2的倍数的灯再拨一下开关;
  • 编号是3的倍数的灯再拨一下开关;
  • …………
  • 如此直到87654321的倍数。

问:此时还有多少盏灯仍然是开着的。

还按刚才的解法来?(对代码稍作修改)

#include<stdio.h>
#define NUM 87654321//改个数
int main(){
    int n=0;
    for(int i=1;i<=NUM;i++){
        int p=0;
        for(int j=1;j<=i;j++)
            if(i%j==0)  p++;
        if(p%2==0)  n++;
    }
    printf("%d\n",n);
    return 0;
}

运行起来时间似乎有点长啊。(我不想等下去了)那要怎么办?

回到问题上来:约数个数为偶数的数字有什么特点,或者说,约数个数为奇数的数字有什么特点?

从1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,……下手,会发现:约数个数为奇数的数字是1,4,9,……这些完全平方数

所以大幅更新一下代码:

#include<stdio.h>
#include<math.h>
#define NUM 87654321
int main(){
    int n=NUM;
    for(long i=1;i<=NUM;i++){
        int r=(int)sqrt(i);
        if(r*r==i)  n--;
    }
    printf("%d\n",n);
    return 0;
}

这样就能在一个较为合理的时间内得到答案87644959了,不过还是不够快。

于是再想一下,得到的终极代码是:

#include<stdio.h>
#include<math.h>
#define NUM 87654321
int main(){
    int n=NUM;
    printf("%d\n",n-(int)sqrt(n)); 
    return 0;
}

这样甚至可以用纸笔解得答案。

所以说,虽然编程这项技能的确可以帮助我们思考问题、解决问题,但归根结底,思维才是最关键的。(别因为有了电脑,废了人脑)

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