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Arithmetic problem | 非法二進(jìn)制數(shù)

2019-11-14 11:39:51
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供稿:網(wǎng)友

題目如下:

如果一個(gè)二進(jìn)制數(shù)包含連續(xù)的兩個(gè)1,我們就稱這個(gè)二進(jìn)制數(shù)是非法的。

找出在所有 n 位二進(jìn)制數(shù)(一共有2^n個(gè))中,非法二進(jìn)制數(shù)有多少個(gè)。

例如對(duì)于 n = 3,有 011, 110, 111 三個(gè)非法二進(jìn)制數(shù)。

由于結(jié)果可能很大,你只需要輸出模10^9+7的余數(shù)。

輸入 一個(gè)整數(shù) n (1 ≤ n ≤ 100)。

輸出 n 位非法二進(jìn)制數(shù)的數(shù)目模10^9+7的余數(shù)。

樣例輸入:3

樣例輸出:3

解題思路: 這一題很容易讓人不知所措。。。讓我們來合理分析,抽象一下問題。問題結(jié)果抽象為S(n),即在n位內(nèi),存在多少非法二進(jìn)制數(shù)。由于二進(jìn)制位只有1,0兩種結(jié)果,并目前數(shù)據(jù)規(guī)模假設(shè)為n,那么內(nèi)部問題結(jié)果抽象為B(n,1)與B(n,0),即在第n位為1或0時(shí)n位內(nèi),存在多少非法二進(jìn)制數(shù)。從而理性得出,S(n)=B(n,1)+B(n,0)。

繼續(xù)分析,B(n,1)如何得出?試想一下,第n位為1時(shí),如何保證其為非法二進(jìn)制呢?很簡(jiǎn)單,n-1位為1時(shí),肯定保證了兩位連續(xù)的1存在。因此所有n-1位為1的數(shù)在這情況下都是非法二進(jìn)制,我們抽象結(jié)果為A(n-1),意為在n-1位內(nèi)第n-1位為1的所有二進(jìn)制數(shù)個(gè)數(shù)。那么n-1位為0時(shí)呢?這不難得出相等于B(n-1,0)的結(jié)果吧。因此得出等式B(n,1)=B(n-1,0)+A(n-1)。

然而,相比于B(n,1),B(n,0)顯得容易許多,稍微推導(dǎo)即得B(n,0)=B(n-1,1)+B(n-1,0)。

最后,A(n)又如何得出呢?我們來總結(jié)一下規(guī)律,假設(shè)n=2,A(2)即從10到11的個(gè)數(shù),因此為(2^0 + 2^1)-2^1+1=2。n=3時(shí),A(3)為100到111的個(gè)數(shù),即(2^2+2^1+2^0)-2^2+1=4。n=4時(shí),A(4)為1000到1111的個(gè)數(shù),即(2^3+2^2+2^1+2^0)-2^3+1=8。好了,從以上式子得出A(n)=A(n-1)+2^(n-1)。

綜合上述,我們得出了以下一系列方程: S(n)=B(n,1)+B(n,0) B(n,1)=B(n-1,0)+A(n-1) B(n,0)=B(n-1,1)+B(n-1,0) A(n)=A(n-1)+2^(n-1)

從方程可以看出,n規(guī)模數(shù)據(jù)結(jié)果是由n-1規(guī)模數(shù)據(jù)得出,因此從低到n規(guī)模遞推數(shù)據(jù)結(jié)果即可解決。

思路代碼實(shí)現(xiàn)如下:

int Method(int n){ int **matrix=new int *[n]; for(int i=0;i<n;++i) matrix[i]=new int[3], ZeroMemory(matrix[i],12); matrix[0][2]=1; for(int i=1;i<n;++i) { matrix[i][0]=matrix[i-1][1]+matrix[i-1][2]; matrix[i][1]=matrix[i-1][0]+matrix[i-1][1]; matrix[i][2]=pow(2,i-1)+matrix[i-1][2]; } int res=matrix[n-1][0]+matrix[n-1][1]; for(int i=0;i<n;++i) delete[] matrix[i]; delete[] matrix; return res%1000000007;}
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