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📜  将N分成K个唯一的部分,以使这些部分的gcd最大(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:39:14.140000             🧑  作者: Mango

将N分成K个唯一的部分,以使这些部分的gcd最大

在解决问题的时候,我们需要考虑以下三个关键点:

  1. 如何保证部分的唯一性?
  2. 如何保证部分个数为K?
  3. 如何保证这些部分的gcd最大?
保证部分的唯一性

为了保证部分的唯一性,我们可以使用组合数学中的“插板法”。具体来说,我们可以将N个球插入到K - 1个盒子中,每个盒子至少有一个球,这样就可以保证分出的部分是唯一的。

这里我们可以用一个简单的公式来计算插板法的结果:

C(N - 1, K - 1)
保证部分个数为K

如果我们使用了插板法,那么我们已经保证了部分的唯一性,现在我们需要考虑如何保证部分的个数为K。这可以通过限制每个部分的大小来实现。具体来说,我们可以使用一个二分法来找到最大的部分大小,使得分出来的部分个数正好为K。

这里可以使用以下代码来实现:

def find_largest_part(N, K):
    left, right = 1, N
    while left < right:
        mid = (left + right + 1) // 2
        cnt = sum((i - 1) // mid + 1 for i in range(1, N + 1))
        if cnt <= K:
            left = mid
        else:
            right = mid - 1
    return left
保证这些部分的gcd最大

为了保证这些部分的gcd最大,我们可以使用辗转相减法求出N个数的gcd。具体来说,我们可以从第一个部分开始,将其与下一个部分的gcd作为新的第一个部分,继续按照这种方式计算下去,直到最后一个部分。

我们可以使用以下代码来实现:

def find_max_gcd(N, K):
    limit = find_largest_part(N, K)
    divisors = [[] for _ in range(N + 1)]
    for i in range(1, N + 1):
        for j in range(i, N + 1, i):
            divisors[j].append(i)
    dp = [set() for _ in range(N + 1)]
    dp[0].add(0)
    for i in range(1, N + 1):
        for j in range(i, 0, -1):
            for divisor in divisors[j]:
                if divisor > limit:
                    break
                if len(dp[j - divisor]) > 0:
                    for d in dp[j - divisor]:
                        dp[j].add(gcd(d, divisor))
    for i in range(N, 0, -1):
        for d in sorted(dp[i], reverse=True):
            cnt = sum((j - 1) // d + 1 for j in range(1, N + 1))
            if cnt >= K:
                return d
    return -1

最终,我们可以使用以下代码来实现整个处理过程:

from math import gcd
from scipy.special import comb


def find_largest_part(N, K):
    left, right = 1, N
    while left < right:
        mid = (left + right + 1) // 2
        cnt = sum((i - 1) // mid + 1 for i in range(1, N + 1))
        if cnt <= K:
            left = mid
        else:
            right = mid - 1
    return left


def find_max_gcd(N, K):
    limit = find_largest_part(N, K)
    divisors = [[] for _ in range(N + 1)]
    for i in range(1, N + 1):
        for j in range(i, N + 1, i):
            divisors[j].append(i)
    dp = [set() for _ in range(N + 1)]
    dp[0].add(0)
    for i in range(1, N + 1):
        for j in range(i, 0, -1):
            for divisor in divisors[j]:
                if divisor > limit:
                    break
                if len(dp[j - divisor]) > 0:
                    for d in dp[j - divisor]:
                        dp[j].add(gcd(d, divisor))
    for i in range(N, 0, -1):
        for d in sorted(dp[i], reverse=True):
            cnt = sum((j - 1) // d + 1 for j in range(1, N + 1))
            if cnt >= K:
                return d
    return -1


def main(N, K):
    total = comb(N - 1, K - 1, exact=False)
    largest_part = find_largest_part(N, K)
    max_gcd = find_max_gcd(N, K)
    result = f"""
    # 将{N}分成{K}个唯一的部分,以使这些部分的gcd最大
    
    - 可能的部分个数:{total}
    - 最大部分大小:{largest_part}
    - 最大gcd:{max_gcd}
    """
    return result