Вот мое решение в Python 3.
Вопрос может быть упрощен с 6 входных параметров до 4 параметров. Нет необходимости в начальных и конечных высотах - разницы достаточно. Кроме того, мы можем изменить ежедневные изменения высоты A, B и C и получить тот же ответ, если мы внесем соответствующее изменение в общее изменение высоты. Например, если мы добавим 1 к каждому из A, B и C, мы можем добавить N к изменению высоты: 1 дополнительный метр каждый день в течение N дней означает N дополнительных общих метров. Мы можем «нормализовать» наши ежедневные изменения высоты, отсортировав их так, чтобы A было наименьшим, затем вычесть A из каждого изменения высоты и вычесть N * A из общего изменения высоты. Это означает, что теперь нам нужно добавить группу из 0 и двух других значений (назовем их D и E). D не больше, чем E.
Теперь у нас есть более простая проблема: взять N значений, каждое из которых равно 0, D или E, чтобы они суммировались с определенной суммой (скажем, H). То же самое при использовании до N чисел, равных D или E, с остальными нулями.
Мы можем использовать математику, в частности личность Безу , чтобы проверить, возможно ли это. Еще немного математики может найти все способы сделать это. Как только мы узнаем, сколько 0, D и E, мы можем использовать полиномиальные коэффициенты , чтобы найти, сколько способов можно изменить эти значения. Суммируйте все это, и у нас есть ответ.
Этот код находит общее количество способов завершить путешествие и принимает его по модулю 10 ** 9 + 7 только в самом конце. Это возможно, так как Python использует большие целые числа. Наибольший результат, который я нашел в своем тестировании, относится к входным значениям 100000 0 100000 0 1 2, что дает число с 47 710 цифрами, прежде чем брать модуль. На моей машине это занимает чуть более 8 секунд.
Этот код немного длиннее необходимого, так как я сделал некоторые подпрограммы более общими, чем необходимо для этой проблемы. Я сделал это, чтобы я мог использовать их в других задачах. Я использовал много комментариев для ясности.
# Combinatorial routines -----------------------------------------------
def comb(n, k):
"""Compute the number of ways to choose k elements out of a pile of
n, ignoring the order of the elements. This is also called
combinations, or the binomial coefficient of n over k.
"""
if k < 0 or k > n:
return 0
result = 1
for i in range(min(k, n - k)):
result = result * (n - i) // (i + 1)
return result
def multcoeff(*args):
"""Return the multinomial coefficient
(n1 + n2 + ...)! / n1! / n2! / ..."""
if not args: # no parameters
return 1
# Find and store the index of the largest parameter so we can skip
# it (for efficiency)
skipndx = args.index(max(args))
newargs = args[:skipndx] + args[skipndx + 1:]
result = 1
num = args[skipndx] + 1 # a factor in the numerator
for n in newargs:
for den in range(1, n + 1): # a factor in the denominator
result = result * num // den
num += 1
return result
def new_multcoeff(prev_multcoeff, x, y, z, ag, bg):
"""Given a multinomial coefficient prev_multcoeff =
multcoeff(x-bg, y+ag, z+(bg-ag)), calculate multcoeff(x, y, z)).
NOTES: 1. This uses bg multiplications and bg divisions,
faster than doing multcoeff from scratch.
"""
result = prev_multcoeff
for d in range(1, ag + 1):
result *= y + d
for d in range(1, bg - ag + 1):
result *= z + d
for d in range(bg):
result //= x - d
return result
# Number theory routines -----------------------------------------------
def bezout(a, b):
"""For integers a and b, find an integral solution to
a*x + b*y = gcd(a, b).
RETURNS: (x, y, gcd)
NOTES: 1. This routine uses the convergents of the continued
fraction expansion of b / a, so it will be slightly
faster if a <= b, i.e. the parameters are sorted.
2. This routine ensures the gcd is nonnegative.
3. If a and/or b is zero, the corresponding x or y
will also be zero.
4. This routine is named after Bezout's identity, which
guarantees the existences of the solution x, y.
"""
if not a:
return (0, (b > 0) - (b < 0), abs(b)) # 2nd is sign(b)
p1, p = 0, 1 # numerators of the two previous convergents
q1, q = 1, 0 # denominators of the two previous convergents
negate_y = True # flag if negate y=q (True) or x=p (False)
quotient, remainder = divmod(b, a)
while remainder:
b, a = a, remainder
p, p1 = p * quotient + p1, p
q, q1 = q * quotient + q1, q
negate_y = not negate_y
quotient, remainder = divmod(b, a)
if a < 0:
p, q, a = -p, -q, -a # ensure the gcd is nonnegative
return (p, -q, a) if negate_y else (-p, q, a)
def byzantine_bball(a, b, s):
"""For nonnegative integers a, b, s, return information about
integer solutions x, y to a*x + b*y = s. This is
equivalent to finding a multiset containing only a and b that
sums to s. The name comes from getting a given basketball score
given scores for shots and free throws in a hypothetical game of
"byzantine basketball."
RETURNS: None if there is no solution, or an 8-tuple containing
x the smallest possible nonnegative integer value of
x.
y the value of y corresponding to the smallest
possible integral value of x. If this is negative,
there is no solution for nonnegative x, y.
g the greatest common divisor (gcd) of a, b.
u the found solution to a*u + b*v = g
v " "
ag a // g, or zero if g=0
bg b // g, or zero if g=0
sg s // g, or zero if g=0
NOTES: 1. If a and b are not both zero and one solution x, y is
returned, then all integer solutions are given by
x + t * bg, y - t * ag for any integer t.
2. This routine is slightly optimized for a <= b. In that
case, the solution returned also has the smallest sum
x + y among positive integer solutions.
"""
# Handle edge cases of zero parameter(s).
if 0 == a == b: # the only score possible from 0, 0 is 0
return (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) if s == 0 else None
if a == 0:
sb = s // b
return (0, sb, b, 0, 1, 0, 1, sb) if s % b == 0 else None
if b == 0:
sa = s // a
return (sa, 0, a, 1, 0, 1, 0, sa) if s % a == 0 else None
# Find if the score is possible, ignoring the signs of x and y.
u, v, g = bezout(a, b)
if s % g:
return None # only multiples of the gcd are possible scores
# Find one way to get the score, ignoring the signs of x and y.
ag, bg, sg = a // g, b // g, s // g # we now have ag*u + bg*v = 1
x, y = sg * u, sg * v # we now have a*x + b*y = s
# Find the solution where x is nonnegative and as small as possible.
t = x // bg # Python rounds toward minus infinity--what we want
x, y = x - t * bg, y + t * ag
# Return the information
return (x, y, g, u, v, ag, bg, sg)
# Routines for this puzzle ---------------------------------------------
def altitude_reduced(n, h, d, e):
"""Return the number of distinct n-tuples containing only the
values 0, d, and e that sum to h. Assume that all these
numbers are integers and that 0 <= d <= e.
"""
# Handle some impossible special cases
if n < 0 or h < 0:
return 0
# Handle some other simple cases with zero values
if n == 0:
return 0 if h else 1
if 0 == d == e: # all step values are zero
return 0 if h else 1
if 0 == d or d == e: # e is the only non-zero step value
# If possible, return # of tuples with proper # of e's, the rest 0's
return 0 if h % e else comb(n, h // e)
# Handle the main case 0 < d < e
# --Try to get the solution with the fewest possible non-zero days:
# x d's and y e's and the rest zeros: all solutions are given by
# x + t * bg, y - t * ag
solutions_info = byzantine_bball(d, e, h)
if not solutions_info:
return 0 # no way at all to get h from d, e
x, y, _, _, _, ag, bg, _ = solutions_info
# --Loop over all solutions with nonnegative x, y, small enough x + y
result = 0
while y >= 0 and x + y <= n: # at most n non-zero days
# Find multcoeff(x, y, n - x - y), in a faster way
if result == 0: # 1st time through loop: no prev coeff available
amultcoeff = multcoeff(x, y, n - x - y)
else: # use previous multinomial coefficient
amultcoeff = new_multcoeff(amultcoeff, x, y, n - x - y, ag, bg)
result += amultcoeff
x, y = x + bg, y - ag # x+y increases by bg-ag >= 0
return result
def altitudes(input_str=None):
# Get the input
if input_str is None:
input_str = input('Numbers N H1 H2 A B C? ')
# input_str = '100000 0 100000 0 1 2' # replace with prev line for input
n, h1, h2, a, b, c = map(int, input_str.strip().split())
# Reduce the number of parameters by normalizing the values
h_diff = h2 - h1 # net altitude change
a, b, c = sorted((a, b, c)) # a is now the smallest
h, d, e = h_diff - n * a, b - a, c - a # reduce a to zero
# Solve the reduced problem
print(altitude_reduced(n, h, d, e) % (10**9 + 7))
if __name__ == '__main__':
altitudes()
Вот некоторые из моих тестовых процедур для основной проблемы. Они подходят для pytest.
# Testing, some with pytest ---------------------------------------------------
import itertools # for testing
import collections # for testing
def brute(n, h, d, e):
"""Do alt_reduced with brute force."""
return sum(1 for v in itertools.product({0, d, e}, repeat=n)
if sum(v) == h)
def brute_count(n, d, e):
"""Count achieved heights with brute force."""
if n < 0:
return collections.Counter()
return collections.Counter(
sum(v) for v in itertools.product({0, d, e}, repeat=n)
)
def test_impossible():
assert altitude_reduced(0, 6, 1, 2) == 0
assert altitude_reduced(-1, 6, 1, 2) == 0
assert altitude_reduced(3, -1, 1, 2) == 0
def test_simple():
assert altitude_reduced(1, 0, 0, 0) == 1
assert altitude_reduced(1, 1, 0, 0) == 0
assert altitude_reduced(1, -1, 0, 0) == 0
assert altitude_reduced(1, 1, 0, 1) == 1
assert altitude_reduced(1, 1, 1, 1) == 1
assert altitude_reduced(1, 2, 0, 1) == 0
assert altitude_reduced(1, 2, 1, 1) == 0
assert altitude_reduced(2, 4, 0, 3) == 0
assert altitude_reduced(2, 4, 3, 3) == 0
assert altitude_reduced(2, 4, 0, 2) == 1
assert altitude_reduced(2, 4, 2, 2) == 1
assert altitude_reduced(3, 4, 0, 2) == 3
assert altitude_reduced(3, 4, 2, 2) == 3
assert altitude_reduced(4, 4, 0, 2) == 6
assert altitude_reduced(4, 4, 2, 2) == 6
assert altitude_reduced(2, 6, 0, 2) == 0
assert altitude_reduced(2, 6, 2, 2) == 0
def test_main():
N = 12
maxcnt = 0
for n in range(-1, N):
for d in range(N): # must have 0 <= d
for e in range(d, N): # must have d <= e
counts = brute_count(n, d, e)
for h, cnt in counts.items():
if cnt == 25653:
print(n, h, d, e, cnt)
maxcnt = max(maxcnt, cnt)
assert cnt == altitude_reduced(n, h, d, e)
print(maxcnt) # got 25653 for N = 12, (n, h, d, e) = (11, 11, 1, 2) etc.