• 1.问题描述
  • 2.问题分析
  • 3.算法设计
  • 4.比较三个数的大小并将其重组
  • 5.寻找“黑洞数”
  • 6.完整的程序

1．问题描述

编程求三位数中的“黑洞数”。

黑洞数又称陷阱数，是指任何一个数字不全相同的整数，在经过有限次“重排求差”操作后，总会得到某一个或一些数，这些数即为黑洞数。“重排求差”操作是将组成一个数的各位数字重排，将得到的最大数减去最小数。例如，207的“重排求差”操作序列是：720-027=693，963-369=594，954-459=495，此时再进行“重排求差”操作不会发生改变。再用208计算一次，也是停止到495，所以495是三位黑洞数。

2．问题分析

根据“黑洞数”定义，对于任意一个数字不全相同的整数，最后结果总会掉入到一个黑洞圈或黑洞数里，最后结果一旦为黑洞数，无论再重复进行多少次的“重排求差”操作，结果都是一样的，因此可把结果相等作为判断“黑洞数”的依据。

3．算法设计

过程如下：

1）将任意一个三位数进行拆分。

2）拆分后的数据重新组合，将可以组合的最大值减去最小值，差值赋给变量j。

3）将当前差值暂存到另一变量h中：h=j。

4）对变量j执行拆分、重组、求差操作，差值仍然存储到变量j中。

5）判断当前差值j是否与前一次的差值h相等，若相等，则将差值输出并结束循环，否则重复步骤3～5。

4．比较三个数的大小并将其重组

求“黑洞数”的关键是求出拆分后所能组成的最大值max和最小值min，求最大值和最小值的关键是找出拆分后数值的大小关系，通过比较找出最大值、次大值及最小值。三个数比较大小可以采用两两比较的方法，首先a与b比较，其次a与c比较，最后b与c比较。比较顺序很重要，有时比较顺序不一样得到的结果也是不一样的。在比较过程中如需对两个数进行交换，则需借助中间变量t来实现，否则变量中存储的数将被改变。如“a=b;b=a;”，第一个语句执行完毕后变量a的值由原值变为b的值，第二个语句的作用是把现在a的值赋给b，但此时a中存储的已经不再是原来的值，而是被赋予的b值。

比较后数值按照从大到小的顺序分别存储在变量a、b、c中，再按一定的顺序重新组合成最大值和最小值。因求最大值和最小值的操作在程序中不止一次用到，故可定义两个函数three_max(a,b,c)和three_min(a,b,c)，功能分别是求由三个数组成的最大值和最小值。代码如下：

# 求三位数的组合最大值
def three_max(a, b, c):         # a、b、c分别对应百位、十位、个位
    if a < b:                            # 如果a<b，则将变量a、b的值互换
        t = a
        a = b
        b = t
    if a < c:
        t = a
        a = c
        c = t
    if b < c:
        t = b
        b = c
        c = t
    return a*100 + b*10 + c

函数three_min(a,b,c)的代码与以上代码的不同之处在于最后的返回值，函数three_min(a,b,c)中需返回的是最小值c100+b10+a。

5．寻找“黑洞数”

将第一次得到的差值j赋给变量h，因在后面的编程过程中会再次将得到的差值赋给变量j，为避免j中存储的原值找不到，故先把前一次的差值暂存到另一个变量h中。在比较过程中一旦两次结果相等，循环过程即可结束，可用break语句实现。判定条件j==h可以在循环体中用if语句实现，也可写在while语句中。寻找“黑洞数”的方法代码如下：

# 求黑洞数
def black_number(max, min):
    j = max - min
    k = 0
    while k < min:                                               # k控制循环次数
        h = j                                                       # h记录上一次最大值与最小值的差
        hun = j // 100                                      # 百位
        ten = j % 100 // 10                                 # 十位
        bit = j % 10                                        # 个位
        max = three_max(hun, ten, bit)      # 最大值
        min = three_min(hun, ten, bit)      # 最小值
        j = max - min
        if j == h:                                                  # 最后两次差相等时，差即为所求黑洞数
            print("%d " % j)
            break                                           # 跳出循环
        k += 1

6．完整的程序

完整的程序如下：

%%time
# 黑洞数

# 求三位数的组合最大值
def three_max(a, b, c):  # a,b,c分别对应百位十位个位
    if a < b:  # 如果a<b，将变量a、b的值互换
        t = a
        a = b
        b = t
    if a < c:
        t = a
        a = c
        c = t
    if b < c:
        t = b
        b = c
        c = t
    return a*100 + b*10 + c

#求三位数的组合最小值
def three_min(a, b, c):  # a,b,c分别对应百位十位个位
    if a < b:  # 如果a<b，将变量a、b的值互换
        t = a
        a = b
        b = t
    if a < c:
        t = a
        a = c
        c = t
    if b < c:
        t = b
        b = c
        c = t
    return c*100 + b*10 + a


# 求黑洞数
def black_number(max, min):
    j = max - min
    k = 0
    while k < min:  # k控制循环次数
        h = j  # h记录上一次最大值与最小值的差
        hun = j // 100  # 百位
        ten = j % 100 // 10  # 十位
        bit = j % 10  # 个位
        max = three_max(hun, ten, bit)  # 最大值
        min = three_min(hun, ten, bit)  # 最小值
        j = max - min
        if j == h:  # 最后两次差相等时，差即为所求黑洞数
            print("%d " % j)
            break  # 跳出循环
        k += 1


if __name__ == "__main__":
    i = int(input("请输入一个三位整数："))
    print(f'输入的数字为:{i}')
    hun = i // 100   # 百位
    ten = i % 100 // 10   # 十位
    bit = i % 10   # 个位
    max = three_max(hun, ten, bit)  # 最大值
    min = three_min(hun, ten, bit)  # 最小值
    print("max = ", max)
    print("min = ", min)
    black_number(max, min)
输入的数字为:108
max =  810
min =  18
495 
CPU times: user 21.2 ms, sys: 10 ms, total: 31.2 ms
Wall time: 2.94 s