[导读]:超平老师的Scratch蓝桥杯真题解读系列在推出之后,受到了广大老师和家长的好评,非常感谢各位的认可和厚爱。作为回馈,超平老师计划推出《Python蓝桥杯真题解析100讲》,这是解读系列的第55讲。
连续正整数之和,本题是2020年12月20日举办的第12届蓝桥杯青少组Python编程省赛真题,第12届一共有两场省赛,这是第一场。题目要求编程统计连续正整数之和相同的组合数量。
先来看看题目的要求吧。
一.题目说明
提示信息:
从1到10000的连续正整数,其中有多组连续的正整数之和相同。
例如:2,3,4和4,5这两组连续正整数之和都为9。
编程实现:
输入一个正整数S,输出从1到10000连续的正整数中,有多少组连续正整数之和为S。(一组连续正整数最少为两个正整数)例如:输入为9,其中2,3,4和4,5这两组连续正整数之和都为9,则输出2。
输入描述:
输入一个正整数S
输出描述:
输出有几组连续的正整数之和为S
样例输入:
9
样例输出:
2
二.思路分析
这是一道和数学相关的计算题,考查的知识点主要包括循环、条件和枚举算法。
针对本题,通常有如下3种解决方案:
-
暴力枚举
-
前缀和算法
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数学方法
先来探讨第一种方案,暴力枚举。
这里的关键词是连续正整数,假设存在一组连续的正整数,从 k 开始,一共有n个,如下:
k, k + 1, k + 2, ... k + n - 1
将它们累加起来,看看是否等于S,如果相等,说明找到了一个组合,然后从 k + 1开始,寻找下一组数据。
在累加过程中,一旦和 > S,则立刻结束累加,然后从 k + 1开始,寻找下一组数据。
所以,解决问题的核心在于累加求和,一般情况下,直接使用循环求和即可,这是最直接的解决方案,也就是暴力枚举的解决思路。
但是,由于要寻找所有可能的组合,这就意味着求和需要重复执行多次,如何提升代码的效率呢?
这就引出了第二种方案,前缀和算法。
前缀和算法是一种常用的优化技术,用于解决涉及连续数据求和的问题。它基于一个简单但强大的思想,通过提前计算并存储列表的前缀和,以便在后续查询中可以快速获取任意区间的和。
我们看一个例子,如图:
有了前缀和列表,要计算连续区间和,只需要确定区间的起点i和终点j,将两者的前缀和相减即可。
这样就避免了重复求和的过程,可以理解为这是带记忆(备忘录)的求和方法,可以极大地提升算法效率。
至于第三种方法--数学方法,就是直接利用数学中的求和公式,直接求和,这里就不介绍了。
思路有了,接下来,我们就进入具体的编程实现环节。
三.编程实现
根据上面的思路分析,我们使用两种方案来编写程序:
-
暴力枚举
-
前缀和算法
1. 暴力枚举
根据前面的分析思路,编写代码如下:
代码其实是比较简单的,说明4点:
1). 这是典型的嵌套循环,外层是for循环,用于确定数字的起点,也就是k的值,内层是while循环,用于求解从k开始的连续正整数和;
2). 注意for循环的终点,由于题目限定了正整数的范围是1~10000,所以当s < 10000时,终点设为s即可,这样可以减少大量不必要的计算,当s >= 10000时,终点就是10000,这里使用了Python独特的if...else赋值语句;
3). 每一次设置好起点后,需要将total(表示和)的初始值设置为0;
4). while循环的条件是 total < s,当total == s时,说明找到一个组合,cnt加1。
2. 前缀和算法
根据前面的思路分析,编写代码如下:
代码不多,也说明3点:
1). presum用于保存1~10000之间所有数字的前缀和,下标和数字一一对应;
2). j的初始值为i+1,确保至少有两位连续整数;
3). 在循环中,当presum[j] - presum[i] > s,就结束内层循环,从而减少不必要的循环。
至此,整个程序就全部完成了,你也可以输入不同的数字来测试效果啦。
四.总结与思考
本题代码在13行左右,涉及到的知识点包括:
-
循环语句,包括for和while;
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条件语句;
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枚举算法;
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列表的使用;
这是本次省赛的最后一题,难度中等,关键是要理清思路,快速找到解决方案。
暴力枚举是最简单的算法,也是计算机解决大部分问题的基础方法。但是我们不能仅仅停留在暴力枚举层面,随着数据规模的增加,枚举的效率会急剧地降低。
因此,我们更要思考如何聪明的枚举,如何高效的枚举,针对不同的问题采取不同的策略,于是就产生了各种各样的算法。
本题中采取的前缀和就是一个典型的例子,通过预处理列表,计算出每个位置的前缀和,并将其保存在一个额外的列表中。
这样,在查询时,我们只需要简单地减去两个前缀和即可得到所需子列表的和,从而将查询时间降低为O(1)的常数复杂度,这是一种典型的用空间换时间的策略。
超平老师给你留一道思考题,如果使用数学方法,该如何解决这个问题呢?
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