欧拉计划 9

Special Pythagorean triplet

题目描述

找出一个三元组(a, b, c)满足:

  1. a, b, c 为自然数,且 a<b<c
  2. a^2 + b ^2 = c^2
  3. a + b + c = 1000

确保答案唯一

思路

这一题我想到了一个比较巧妙的类似二分逼近的思路

抛开限制条件1,我们可以首先考虑a = b的情况
此时 a:b:c = 1:1:\sqrt2,此时 a, b必然都是无理数
记这个无理数为 x,记 a_0 = b_0 = \lfloor x \rfloor, a_1 = b_1 = \lceil x \rceil
因此我们可以得到一个范围:最终答案中的 c 的平方一定在区间 (a_0^2 + b_0^2, a_1^2 + b_1^2)

得到这个范围我想到了一种处理方式,那就是枚举 b - a
b - a = 1 时开始枚举,因为在此之前我们得到了 a = b 时的范围 (a_0, b_0), (a_1, b_1)

很明显,唯一满足b - a = 1,且夹在这两个二元组中的二元组就是 (a_0, b_1)
得到 (a_0, b_1) 之后,我们判断它是否满足条件,满足则直接跳出循环
否则更新范围为 (a_0, b_1), (a_0 + 1, b_1 + 1) 或者 (a_0 - 1, b_1 - 1), (a_0 , b_1),继续循环

之后的循环跟上述 b - a = 1 的情况是类似的,这样我们就在 O(n) 的时间内解决了这题

总结

这个解法用到了一些动态规划和二分逼近的思想
我们将解空间按照 b - a 的值进行了划分,根据之前求到的 b - a = x 的解范围 (a_0, b_0), (a_1, b_1),可以得到 b - a = x 的一个解范围的边界 (a_0, b_1),再根据 (a_0, b_1) 的大小直接返回答案(满足条件时)或是得到新的范围继续循环

代码

#include <cstdio>
#include <cmath>

int cmp(int a, int b) {
    int c1 = a * a + b * b;
    int c2 = (1000 - a - b) * (1000 - a - b);
    return c1 - c2;
}

int main() {
    int a = 1000 / (2 + sqrt(2)), b = a;

    while (true) {
        if (cmp(a, b) == 0) break;

        b++;
        if (cmp(a, b) > 0) a--, b--;
    }

    int c = 1000 - a - b;
    printf("%d %d %d\n", a, b, c);
    printf("%d\n", a * b * c);
    return 0;
}
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