CSP2020-J1-真题解析-阅读程序

Posted 2021-06-15 严老师编程

二、阅读程序

1. 编解码

#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;

char encoder[26] = {\'C\',\'S\',\'P\',0};
char decoder[26];

string st;

int main()  {
  int k = 0;
  for (int i = 0; i < 26; ++i)
    if (encoder[i] != 0) ++k;
  for (char x =\'A\'; x <= \'Z\'; ++x) {
    bool flag = true;
    for (int i = 0; i < 26; ++i)
      if (encoder[i] ==x) {
        flag = false;
        break;
      }
      if (flag) {
        encoder[k]= x;
        ++k;
      }
  }
  for (int i = 0; i < 26; ++i)
     decoder[encoder[i]- \'A\'] = i + \'A\';
  cin >> st;
  for (int i = 0; i < st.length( ); ++i)
    st[i] = decoder[st[i] -\'A\'];
  cout << st;
  return 0;
}

【分析】此题最直接的方法就是，首先根据代码逻辑将decoder和encoder两个数组用表格画出来，不要节省草稿纸，完整的画出来，你会看得更清楚，且不容易出错。

encoder数组就是A-Z字母序列，将C,S,P这3个字母移到了最前面，然后形成的字母列表，所以原先排在C,S,P这3个字母前面的字母统统后移，S后面的字母从T-Z这7个字母位置不变。
decoder数组，将encoder在下标i上的字母的在原字母表的位置上放置原字母表的第i个字母。
对于输入字符串st中的字母，根据表中的第一行查找对应decoder表对应的字母就是输出的字母。

1.正确
显然输入的字符串st只能有大写字母组成，因为encoder和decoder数组长度都只有26，第30行代码

st[i] = decoder[st[i] -\'A\'];

如果st[i]不是大写字母，则st[i] -\'A\'的值就会超过0-25的范围，导致此处数组越界
2.错误
显然若输入字母是T-Z字母组成，则输入和输出相同
3.正确
因为第12行统计encoder数组中的非零字符，只有3个，只要不小于3就可以
4.错误
第26行是要遍历整个encoder数组，生成decoder数组，必须要完整遍历26次
5和6直接根据表格即可得出，表格第一行是输入字母，最后一行是对应的输出字母。

2. 进位统计

#include <iostream>
using namespace std;

long long n, ans;
int k, len;
long long d[1000000];

int main() {
  cin >> n >> k;
  d[0] = 0;
  len= 1;
  ans = 0;
  for (long long i = 0; i <n; ++i) {
    ++d[0];
    for (int j = 0; j + 1<len; ++j) {
      if (d[j] == k) {
        d[j] = 0;
        d[j + 1] += 1;
        ++ans;
      }
    }
    if (d[len- 1] == k) {
      d[len - 1] = 0;
      d[len] =1;
      ++len;
      ++ans;
    }
  }
  cout << ans << endl;
  return 0;
}

【分析】仔细观察13行代码开始的for循环，循环n次，每次循环都给d[0]加1，然后继续看后面的代码，首先是15-21行的内层的for循环，遍历下标j从0~len-2，依次检测d[j]看其是否达到k，若达到k，则将d[j]置0，然后d[j+1]加1，同时ans加1。然后是22-27行，是检测d[len-1]是否达到k，若达到k，则将d[len-1]置0，然后d[len]置1，同时len加1，ans加1。
可以推测出，d数组最终的结果是十进制数n的k进制的表示，从左至右，是低位到高位，从0开始，d数组初值均为0，每次在最低位d[0]加1，循环过程整记录低位向高位的进位次数，len表示当前转换的k进制数的位数。
所以15-21行是处理低位的进位，22-27行是处理最高位的进位，最高位若进位，则总的数位数len加1。

1.错误
举反例，当k=1时，若n=1，则输出ans时，len=2
2.错误
举反例，当k>1时，若n=1，则输出ans时，len=1
3.正确
k>1时，len是n转为k进制数的总位数，显然len位k进制数的最大值为

\\[k^{len}-1 \\]

所以n最大值为

\\[k^{len}-1 \\]

4.D
k=1是特殊的一种情况，这种情况下，跟踪代码可以发现len将始终为2，后面每次d[0]自增1，都会同时使d[1]自增1，ans的值就等于n
5.B
这里是在3进制下，将一个数从0自增到

\\[3^{30} \\]

过程中产生的低位到高位进位的次数，最低位到最高位依次记为d[0]，d[1]，d[2],...d[30]，最终结果依次是0, 0, 0, ..., 1，d[0]每自增3次就向d[1]进位，d[1]每自增3次就向d[2]进位，d[1]每自增3次等价于d[0]自增9次，依次类推，最后一次进位是d[29]向d[30]进位，是d[0]自增$$3^{30}$$次次产生的进位，所以总的进位数需要计算全部的低位向高位的进位：
d[0]->d[1]，有

\\[\\frac{3^{30}}{3}=3^{29}次 \\]

d[1]->d[2]，有

\\[\\frac{3^{30}}{3^2}=3^{28}次 \\]

......

d[29]->d[30]，有

\\[\\frac{3^{30}}{3^{30}}=1次 \\]

总进位次数=

\\[1+3+3^2+...+3^{29} = \\frac{3^{30}-1}{2} \\]

6.D
在前面第5题的分析基础上，本题也迎刃而解，10进制下，不用转换，n本身就是10进制展示的，将100,010,002,000,090依次拆分为下表格左边所示的4个数，参照第5题，求出每个数的进位总数，累加即可得到结果。

3. 回溯递归

#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;                     

int n;                                   
int d[50][2];                            
int ans;                                 

void dfs(int n, int sum) {               
  if (n == 1) {                            
    ans = max(sum, ans);           
    return;                                   
  }                                        
  for (int i = 1; i < n; ++i) {            
    int a = d[i - 1][0], b = d[i - 1][1];  
    int x = d[i][0], y = d[i][1];            
    d[i - 1][0] = a + x;                     
    d[i - 1][1] = b + y;                     
    for (int j = i; j < n - 1; ++j)            
      d[j][0] = d[j + 1][0], d[j][1] = d[j + 1][1];
    int s = a + x + abs(b - y);              
    dfs(n - 1, sum + s);                    
    for (int j = n - 1; j > i; --j)          
      d[j][0] = d[j - 1][0], d[j][1] = d[j - 1][1];
    d[i - 1][0] = a, d[i - 1][1] = b;        
    d[i][0] = x, d[i][1] = y;                
  }                                        
}                                        

int main() {                             
  cin >> n;                                
  for (int i = 0; i < n; ++i)              
  cin >> d[i][0];
  for (int i = 0; i < n;++i)
     cin >> d[i][1];
  ans = 0;
  dfs(n, 0);
  cout << ans << endl;
  return 0;
}

【分析】此题相比前两题难度明显增加。首先拿到此题，一下子不容易读懂这题究竟是求的什么，但是有一个很明显的特征就是dfs这个函数，是很典型的DFS回溯算法，从回溯算法套路入手，回溯算法的套路模板大致如下：

void traceback(n, ...){
    if(达到叶子节点){
        更新结果，返回
    }
    //遍历n-1个子节点
    for(i=1, i<n, i++){
        依次做选择，选择某个子节点
        设置现场，可能有一些值将被临时修改
        //递归调用
        traceback(n-1, ...)
        撤销本次选择，恢复现场，还原被修改的值
    }
}

搜索树结构大致入下图所示，比如n=4的时候。

dfs函数的第一个参数n，可以认为是搜索树的高度，根节点高度为n，叶子节点高度为1，dfs函数的第二个参数是当前搜索节点下的累积结果，每一条搜索路径搜索到n=1时到达叶子节点，得到一个当前最大的ans值，返回，然后逐层往上回溯，继续搜索其他路径，寻找更大的ans值，并更新ans值。
对照代码，15-21行是设置现场，也就是当前选择节点i之后，进行的一系列的计算，得到s值，然后追加到sum，进行下一层递归调用，递归返回后，23-26是撤销选择，恢复现场。
然后具体分析具体的代码逻辑，主要是15-21行，如下图所示：

每次递归执行到当前子节点的第i个节点时，将d数组的第i行累加到第i-1行，然后从数组的尾部开始逐个覆盖前置元素，直到第i行，然后计算sum的值，d数组的第i-1，i行第1列的两个元素的和加上第2列两个元素的差的绝对值，sum累加到ans，传递给下一层递归调用。这样递归调用直到叶子节点，求得某条路径下的一个ans，并更新当前ans取较大值，然后回溯再搜索。全部路径搜索完之后，得到最终的最大的ans值。

1.错误
n=0时，dfs函数不会执行任何代码，直接返回，ans=0，程序不会报错
2.正确
若d数组的元素全为0，则所有的sum计算结果都是0，ans不会被更新，也是0
3.错误
很显然，根据第2题的结论，当输入均为0时，输出结果为0，并不小于任何输入的数
4.B
当d[i][0]是20个9，d[i][1]是20个0时，则每次计算s = a + x + abs(b - y)时，abs(b-y)则恒为0，可以直接忽略，所以每次累加的是d[i-1][0]和d[i][0]，很显然，dfs搜索路径的最左边的路径搜索下来得到的累加结果ans应该是最大的，因为沿着这条路径搜索，每次都是d[1][0]累加到d[0][0]，从第2层节点开始，s=9+9=9×2，第3层，s=9×3，直到第20层节点，s=9×20，d[0][0]总是保持顶端优势，为最大。所以ans=9×2+9×3+...+9×20=1881
5.C
当d[i][0]是30个0，d[i][1]是30个5时，则每次计算s = a + x + abs(b - y)时，a+x则恒为0，可以直接忽略，所以每次累加的是d[i-1][1]和d[i][1]的差的绝对值，从第2层开始直到第30层，s依次为：
5-5=0
2×5-5=5
3×5-5=2×5
......
29×5-5=28×5
所以ans=5+2×5+3×5+...+28×5=2030
6.C
结合第4，5两题，这里需要分别计算a+x和abs(b-y)两部分，然后累加，首先a+x，从第2层直到第15层叶子层：
15+14
15+14+13
...
15+14+13+...+2+1
然后abs(b-y)
15-14
15+14-13
15+14+13-12
...
15+14+13+...+2-1
这两块加起来求和，注意一定要算仔细，不要出错，结果是C, 2240

小结

本次阅读程序题，难度基本是依次递增，第一题相对最容易，第二，三题相对更难，并且涉及较多的计算，特别是第三题，考察了考生对回溯算法套路的掌握程度，只有在非常熟悉回溯算法套路的情况下才能快速理清思路，求解该题，否则在考场有限的考试时间内，很难得到正确结果，所以我们也可以看懂普及组初赛难度也是在逐年增加，大家决不能掉以轻心。