【转】UVa Problem 100 The 3n+1 problem （3n+1 问题）——（离线计算）

1 // The 3n+1 problem （3n+1 问题）
  2 // PC/UVa IDs: 110101/100, Popularity: A, Success rate: low Level: 1
  3 // Verdict: Accepted
  4 // Submission Date: 2011-05-22
  5 // UVa Run Time: 0.032s
  6 //
  7 // 版权所有（C）2011，邱秋。metaphysis # yeah dot net。
  8 //
  9 // [问题描述]
 10 // 考虑如下的序列生成算法：从整数 n 开始，如果 n 是偶数，把它除以 2；如果 n 是奇数，把它乘 3 加
 11 // 1。用新得到的值重复上述步骤，直到 n = 1 时停止。例如，n = 22 时该算法生成的序列是：
 12 //
 13 // 22，11，34，17，52，26，13，40，20，10，5，16，8，4，2，1
 14 //
 15 // 人们猜想（没有得到证明）对于任意整数 n，该算法总能终止于 n = 1。这个猜想对于至少 1 000 000
 16 // 内的整数都是正确的。
 17 //
 18 // 对于给定的 n，该序列的元素（包括 1）个数被称为 n 的循环节长度。在上述例子中，22 的循环节长度
 19 // 为 16。输入两个数 i 和 j，你的任务是计算 i 到 j（包含 i 和 j）之间的整数中，循环节长度的最大
 20 // 值。
 21 //
 22 // [输入]
 23 // 输入每行包含两个整数 i 和 j。所有整数大于 0，小于 1 000 000。
 24 //
 25 // [输出]
 26 // 对于每对整数 i 和 j，按原来的顺序输出 i 和 j，然后输出二者之间的整数中的最大循环节长度。这三
 27 // 个整数应该用单个空格隔开，且在同一行输出。对于读入的每一组数据，在输出中应位于单独的一行。
 28 //
 29 // [样例输入]
 30 // 1 10
 31 // 100 200
 32 // 201 210
 33 // 900 1000
 34 //
 35 // [样例输出]
 36 // 1 10 20
 37 // 100 200 125
 38 // 201 210 89
 39 // 900 1000 174
 40 //
 41 // [解题方法]
 42 // 计算每个数的循环节长度，求给定区间的最大值。
 43 //
 44 // 需要注意：
 45 // 1. 中间计算过程会超过 int 或 long （如果 int 或 long 型均为 4 字节存储空间） 型数据所能
 46 //    表示的范围，故需要选择 long long （8 字节存储空间）型整数（除非你使用的算法在做乘的时候不
 47 //    使用一般的乘法，而是使用替代方法实现原数的三倍加一）。
 48 // 2. 输入时可能较大的数在前面，需要调整顺序，这个是导致算法正确却 WA 的重要原因。
 49 // 3. 采用填表的方法保存既往计算结果，可以显著减少计算时间。
 50 //
 51 // 从网络上看了许多别人的解题方案，大多数都是忽略了第一点，求循环节长度的过程中，选择了 int 或
 52 // long （按 32 位 CPU 来假定，4 字节存储空间）类型的数据，当计算 （n * 3 + 1） 时会超出 32
 53 // 位整数的表示范围而得到错误答案，只不过 Programming Challenges 和 UVa 上的测试数据不是很强，
 54 // 所以尽管不完善但都会获得 AC。在 1 - 999999 之间共有 41 个数在中间计算过程中会得到大于 32 位
 55 // 无符号整数表示范围的整数，当测试数据包含这些数时，选用 int 或 long 类型有可能会得到错误的答案。
 56 //
 57 // 在中间计算过程中会超过 32 位整数表示范围的整数（括号内为循环节长度）：
 58 // 159487（184）  270271（407）  318975（185）  376831（330）  419839（162）
 59 // 420351（242）  459759（214）  626331（509）  655359（292）  656415（292）
 60 // 665215（442）  687871（380）  704511（243）  704623（504）  717695（181）
 61 // 730559（380）  736447（194）  747291（248）  753663（331）  763675（318）
 62 // 780391（331）  807407（176）  822139（344）  829087（194）  833775（357）
 63 // 839679（163）  840703（243）  847871（326）  859135（313）  901119（251）
 64 // 906175（445）  917161（383）  920559（308）  937599（339）  944639（158）
 65 // 945791（238）  974079（383）  975015（321）  983039（290）  984623（290）
 66 // 997823（440）
 67     
 68 #include <iostream>
 69     
 70 using namespace std;
 71 
 72 #define min(a, b) ((a) <= (b) ? (a) : (b))
 73 #define max(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
 74 
 75 #define MAXSIZE 1000000
 76     
 77 int cache[MAXSIZE];
 78 
 79 // 计算循环节长度。
 80 int counter(long long number)
 81 {
 82     if (number == 1)
 83         return 1;
 84     
 85     // 模 2 计算可用与计算代替，除 2 计算可用右移计算代替。
 86     if (number & 1)
 87         number += (number << 1) + 1;
 88     else
 89         number >>= 1;
 90     
 91     // 若 number 在缓存范围内则根据情况取用。
 92     if (number < MAXSIZE )
 93     {
 94         if (!cache[number])
 95             cache[number] = counter(number);
 96         return 1 + cache[number];
 97     }
 98     
 99     return 1 + counter(number);
100 }
101     
102 int main(int ac, char *av[])
103 {
104     // 对于 GUN C++ 编译器，使用默认参数，在编译时会自动将全局数组 cache 中未初始化
105     // 的元素初始化为 0，故可以不需要显式的进行初始化的工作。对于其他编译器应该根据情况调整。
106     //
107     // memset(cache, 0, sizeof(cache));
108     //
109     int first, second, start, end;
110 
111     while (cin >> first >> second)
112     {
113         // 得到给定范围的上下界。
114         start = min(first, second);
115         end = max(first, second);
116         
117         // 查找最大步长值。
118         int result = 0, steps;
119         for (int i = start; i <= end; i++)
120             if ((steps = counter(i)) > result)
121                 result = steps;
122 
123         // 输出。
124         cout << first << " " << second << " " << result << endl;
125     }
126     
127     return 0;
128 }

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