Lista de probleme 28

Fie n un număr natural nenul.

Se construiește mulțimea M a tuturor numerelor formate din exact n cifre, numere formate doar cu cifrele 1 și 2.

Scrieți un program care citește numărul natural n și apoi determină cel mai mic număr natural x din mulțimea M cu proprietatea că x este divizibil cu 2n.

Ana şi Bogdan au inventat încă un joc. Jocul are jetoane, albe şi negre, care iniţial se aşază într-un teanc, într-o ordine oarecare. Numim configuraţie succesiunea culorilor tuturor jetoanelor din teanc (în ordine, începând din vârful teancului). Un jeton alb va fi codificat prin litera A, iar un jeton negru prin litera N.

La o mutare un jucător poate lua din vârful teancului oricâte jetoane consecutive (dar cel puţin un jeton), cu condiţia ca toate jetoanele luate să aibă aceeaşi culoare. Jucătorii mută alternativ, prima la mutare fiind Ana. Jocul va fi câştigat de jucătorul care ia ultimul jeton.

Spunem că un jucător are strategie sigură de câştig dacă el, urmând această strategie, câştigă jocul, indiferent care sunt mutările celuilalt jucător.

Scrieţi un program care citeşte T configuraţii şi determină pentru fiecare dintre cele T configuraţii dacă Ana are strategie sigură de câştig.

SLang este o versiune a aplicației Scratch care pune la dispoziție șapte instrucțiuni de tip I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7 prezentate în enunț.

Un program corect este o succesiune de instrucţiuni care respectă următoarele reguli:

1. Începe cu o instrucțiune de tip I1 şi se termină cu o instrucțiune de tip I7.
2. Între instrucţiunea de tip I1 şi instrucţiunea de tip I7 vor exista una, două sau mai multe instrucţiuni de tipurile I2, I3, I4, I5 sau I6, fără a utiliza două instrucţiuni de acelaşi tip; fiecare dintre aceste instrucţiuni poate să conţină alte instrucţiuni, conform cu regulile specificate.
3. Corpul unei instrucțiuni de tip I4 poate conține una sau două instrucțiuni de mișcare (adică de tip I2 sau I3) și nu poate conține instrucțiuni de alt tip.
4. Fiecare dintre cele două ramuri ale unei instrucțiuni de tip I5 (ramura daca şi ramura daca nu) poate conține una sau două instrucțiuni de tip I2 sau I3 și nu poate conține instrucțiuni de alt tip.
5. Corpul unei instrucțiuni de tip I6 poate conține una, două sau mai multe instrucţiuni de tipurile I2, I3, I4, I5 sau I6, fără a utiliza două instrucţiuni de acelaşi tip; similar, fiecare dintre aceste instrucţiuni poate să conţină alte instrucţiuni, conform cu regulile specificate.

Nivelul de imbricare al unui program corect va fi egal cu numărul de instrucţiuni de tip I6 existente în program.

Dat fiind numărul natural K, reprezentând nivelul de imbricare, scrieţi un program care să rezolve următoarele cerinţe:

1. determină numărul de programe corecte distincte cu nivelul de imbricare K;
2. determină numărul minim de instrucțiuni și respectiv numărul maxim de instrucțiuni ce pot exista într-un program corect cu nivel de imbricare K.

Orice număr natural mai mare decât 2 poate fi scris ca sumă de numere naturale nenule aflate în ordine strict crescătoare, astfel încât orice termen al sumei, cu excepția primului termen, este un multiplu al termenului precedent din sumă. De exemplu, 27=3+6+18, unde 6 este multiplul lui 3, iar 18 este multiplul lui 6. Cum se dorește o descompunere formată dintr-un număr cât mai mare de termeni, vom obține și descompuneri cu 4 termeni: 27=1+2+8+16, 27=1+2+4+20, 27=1+2+6+18. Dintre cele trei descompuneri cu 4 termeni, descompunerea 27=1+2+4+20 este minimă din punct de vedere lexicografic (1 și 2 sunt la fel în cele trei descompuneri, dar 4 < 6 și 4 < 8). Numărul 30 poate fi descompus 30=2+4+8+16. El are o descompunere tot de lungime 4, dar este mai mare din punct de vedere lexicografic decât oricare dintre descompunerile cu patru termeni ale lui 27 (2 > 1).

Pentru mai multe seturi de date formate din câte două numere naturale A și B, A ≤ B, se cere să se determine, pentru fiecare set una dintre următoarele cerințe:
1. numărul maxim de termeni în care pot fi descompuse numerele din intervalul [A,B] după regula descrisă în enunț;
2. numărul de numere din intervalul [A,B] care pot fi descompuse cu un număr maxim de termeni;
3. numărul din intervalul [A,B] care admite o descompunere cu un număr maxim de termeni, minimă din punct de vedere lexicografic.

Fiind dat un șir V format din N numere întregi V[1], …, V[N], definim o tăietură în poziția pos ca fiind o subsecvență care conține elementul de pe poziția pos. Formal, tăieturile în poziția pos sunt de forma V[k], V[k+1], …, V[pos], …, V[r-1], V[r] pentru orice k, 1 ≤ k ≤ pos și orice r, pos ≤ r ≤ N. Valoarea unei tăieturi este suma tuturor elementelor care fac parte din tăietura respectivă. Definim funcția MulT(pos) ca fiind numărul de tăieturi în poziția pos care au valoarea 0. Ioana, fiind foarte curioasă din fire, dar și foarte fascinată de această funcție numită MulT, este foarte interesată în a afla rezultatul pentru MulT(i), unde 1 ≤ i ≤ N.

Se consideră toate şirurile finite de numere naturale nenule ordonate astfel:
[1]; [1,1]; [2]; [1,1,1]; [1,2]; [2,1]; [3]; [1,1,1,1]; [1,1,2]; [1,2,1]; [1,3]; ...
Ordonarea se face după următoarea regulă: dacă avem două şiruri cu sumele termenilor diferite, atunci şirul cu suma termenilor mai mică se găseşte pe o poziţie mai mică.
Dacă avem două şiruri cu sumele termenilor egale atunci se compară termen cu termen şirurile până când se găseşte un termen diferit.
Şirul care are termenul mai mic se găseşte pe poziţie mai mică. Cu alte cuvinte, primul criteriu de ordonare este suma termenilor, iar în caz de egalitate, al doilea criteriu de sortare este ordinea lexicografică.
Oricărui şir i se asociază o poziţie (număr natural nenul) şi invers, oricărei poziţii i se asociază un şir.

Tocmai ai primit o foaie dreptunghiulară (foarte mare) de dimensiuni N⨯M, împărțită în pătrățele de 1⨯1. Fiecare pătrățel este colorat pe ambele părți cu una din cele 26 de culori existente în univers, identificată pentru simplitate printr-un caracter mic al alfabetului englez.

Neavând ceva mai bun de făcut în timpul probei de baraj, te-ai gândit să înveți origami. Totuși, cum nu oricine este maestru în origami și acest sport necesită experiență și viziune artistică (lucruri pe care, bineînțeles, le vei dobândi cu timpul), ai hotărât că, pentru început, este mai interesant să împăturești foaia într-un mod clar stabilit.

Mai exact, la fiecare pas vei alege o dreaptă (orizontală sau verticală) situată între două linii (respectiv coloane) consecutive și vei “îndoi” jumătatea mai mică peste cea mare doar dacă culorile se vor suprapune perfect. Un exemplu de o astfel de îndoire validă este prezentat mai jos:

După orice îndoire vei obține un nou model (bineînțeles, de dimensiuni mai mici). În cazul în care cele două jumătăți sunt egale, ambele variante de îndoire sunt valide. Maestru în algoritmi și structuri de date eficiente, observi imediat că, după orice îndoitură, modelul rezultat va constitui o submatrice din modelul inițial. Natural, îți vine următoarea
întrebare:

“Câte submatrice distincte pot obține, îndoind foaia de un număr arbitrar de ori (sau deloc), fără a roti foaia sau a o întoarce pe cealaltă parte?”

Formal, două submatrice se consideră distincte, dacă măcar unul din cele patru colțuri diferă de la o submatrice la alta (ca indici).

Sufle este un personaj cu urechi ascuțite, îndrăgostit de algoritmică. El are o antipatie profundă față de Aisimok, cel care îl tot provoacă să rezolve probleme folosind tot felul de formule. Sufle a botezat aceste probleme Emsiteanap. Astăzi Aisimok i-a aruncat tânărului Sufle o nouă provocare:

Pentru oricare două numere naturale se definește următoarea operație:

• se consideră reprezentările în baza 2 pentru cele două numere;
• se alege o poziție în reprezentarea binară a primului număr;
• se schimbă cifra situată pe acea poziție în primul număr cu cifra aflată pe exact aceeași
  poziție în al doilea număr. (Observați cum Aisimok, obsedat de matematică, nu a folosit termenul bit, tocmai pentru a-l irita pe Sufle.)

Pentru un șir oarecare de numere naturale, se poate aplica de oricâte ori și asupra oricăror două numere operația descrisă mai sus. Scopul final este ca suma pătratelor numerelor din șir să ajungă la valoarea minim posibilă. Denumim costul șirului acestă valoare minimă.

Pentru a deveni și mai antipatic, Aisimok îi cere lui Sufle să calculeze aceast cost pentru mai multe subsecvențe ale unui șir dat. Costul unei subsecvențe este egal cu costul șirului definitit de subsecvența dată.

Cerința: Pentru un șir cunoscut și pentru mai multe subsecvențe date să se calculeze suma minimă a pătratelor numerelor din subsecvență după aplicare a operației descrise, de oricâte ori se consideră necesar și asupra oricăror numere din subsecvență.