原题描述如下:
公元前五世纪,我国古代数学家张丘建在《算经》一书中提出了“百鸡问题”:鸡翁一只钱五,鸡母一只钱三,鸡雏三只钱一。百钱买百鸡,问鸡翁、鸡母、鸡雏各几何?
现要求你打印出所有花一百元买一百只鸡的方式。
解题思路
我假设公鸡、母鸡、小鸡各x、y、z只,那么满足下列条件:
x + y + z = 100
5x + 3y + z/3 = 100
我们能想到最简单粗暴的求解方法是,3层循环解决:
for(int x = 0; x <= 20; x++) {
for(int y = 0; y <= 25; y++) {
for(int z = 0; z <= 100; z += 3) {
if(x + y + z == 100 && 5 * x + 3 * y + z / 3 == 100) {
printf("%d %d %d\n", x, y, z);
}
}
}
}
这显然不是最优解题思路。
优化一
我们将第2个等式两边x3,得到等式3:
15x + 9y + z = 300
再将等式3与等式1相减,得到:
14x + 8y = 200
即:
7x + 4y = 100
与等式1比较,可得:
7x + 4y = x + y + z
即:
z = 6x + 3y
因此求解过程如下:
for(int x = 0; x <= 20; x++) {
for(int y = 0; y <= 25; y++) {
if(7 * x + 4 * y == 100) {
int z = 6 * x + 3 * y;
printf("%d %d %d\n", x, y, z);
}
}
}
此解法将3层循环优化为2层循环,我们进一步优化:
优化二
我们对等式7x+4y = 100
稍加变换可以得到:
7x = 100 - 4y
可以得出如下结论:
-
100-4y
是个偶数,且一定能被4整除 -
7x
也是偶数,且能被4整除
因7是质数,故满足7x能被4整除的条件是,x是4的倍数,也就是x只能取范围只能是:
0,4,8,12
我们再变换一下得到:
y = (100 - 7x) / 4
z = 6x + 3y
因此,1层循环即可完成求解,代码如下:
for(int x = 0; x <= 12; x += 4) {
int y = (100 - 7 * x) / 4;
int z = 6 * x + 3 * y;
printf("%d %d %d\n", x, y, z);
}
此解法的时间复杂度为:O(1)。