Арифметические алгоритмы (Теория чисел)

Фирма Macrohard разработала новый протокол обмена данными по сети. Каждый блок данных при этом обмене состоит из N
 чисел в диапазоне от 0 до M-1 включительно. Чтобы повысить надежность передачи, вместе с блоком данных пересылается контрольный блок такой же длины.

Предположим, что исходный блок состоит из чисел a₁, a₂,…,a_N. Тогда, контрольный блок состоит из чисел b1, b2,…,bN, из диапазона от 0 до M-1 включительно таких, что выполняются следующие равенства: b₁ = (a_N + b_N) mod M, b₂ = (a₁ + b₁) mod M, ... , b_N = (a_N-1 + b_N-1) mod M (обозначение X mod M обозначает остаток от деления X на M, например, 7 mod 4 = 3, 6 mod 2 = 0).

Блоки данных, для которых нельзя построить контрольный блок, удовлетворяющий указанному свойству, считаются подозрительными и их передача по сети не разрешается.

Ваня хочет поступить на работу программистом в фирму Macrohard, и в качестве вступительного задания ему поручили написать процедуру построения контрольного блока для заданного блока данных. Помогите ему!

Входные данные
В первой строке вводятся числа N и M (1 <= N <= 1000, 2 <= M <= 10⁹). Следующая строка содержит блок данных, для которого следует построить контрольный блок, числа разделены пробелами.

Выходные данные
В первой строке выведите YES, если для данного блока данных можно построить контрольный блок, и NO, если нельзя. В случае, если контрольный блок построить можно, во второй строке выведите контрольный блок. Числа разделяйте пробелами. Если решений несколько, можно выдать любое из них.

Ваня и Петя играют в следующую игру. Ваня пишет на бумаге какую-либо перестановку чисел от 1 до N (то есть выписывает все числа от 1 до N в некотором порядке) и расставляет на столе в ряд N предметов. После этого Петя переставляет предметы в соответствии с Ваниной перестановкой. А именно, Петя выполняет следующие действия: если i-ое число в Ваниной перестановке равно a_i, то Петя ставит предмет, который стоит на i-ом месте, на место с номером a_i.

Обозначим предметы числами от 1 до N. Тогда начальное расположение предметов можно обозначить последовательностью чисел (1, 2, ..., N). К примеру, если N = 5, то начальное расположение предметов есть (1, 2, 3, 4, 5). Пусть Ваня написал перестановку <2, 5, 4, 3, 1>. Это значит, что после перемещения предметов они окажутся расставлены в следующем порядке: (5, 1, 4, 3, 2).

Однако, переставив предметы, Петя не останавливается на достигнутом и вновь переставляет их в соответствии с Ваниной перестановкой. Снова, если i-ое число в Ваниной перестановке равно a_i, то Петя ставит предмет, который стоит на i-ом месте на место с номером a_i. Так, если в приведенном выше примере повторно применить перестановку, предметы окажутся расположены в следующем порядке: (2, 5, 3, 4, 1).

Таким образом, Петя переставляет предметы в соответствии с Ваниной перестановкой, пока их расположение не окажется таким же, как исходное. В нашем примере Пете потребуется сделать еще 4 действия, порядок предметов после каждого из них будет следующим: (1, 2, 4, 3, 5), (5, 1, 3, 4, 2), (2, 5, 4, 3, 1), (1, 2, 3, 4, 5). Всего Пете потребовалось применить перестановку 6 раз.

Добрый Ваня хочет, чтобы Пете пришлось выполнить как можно больше действий. Помогите ему выбрать соответствующую перестановку.

Входные данные
Вводится единственное целое число N - количество предметов (1 <= N <= 100).

Выходные данные
Выведите перестановку чисел от 1 до N такую, что количество действий, которое придется сделать Пете, максимально. Если таких перестановок несколько, можно вывести любую.

На странице сайта размещена карусель с фотографиями. Фотографии в каруселе пронумерованы от 1 до n. Карусель содержит кнопки вперед и назад. При нажатии кнопки вперед, в карусель загружается следующая фотография (фотография с номером на 1 больше). Если в каруселе отображается последняя фотография (с номером n), то при нажатии кнопки вперед загружается первая фотография (фотография с номером 1).
Всего карусель содержит n фотографий. Посетитель сайта сейчас просматривает фотографию с номером m. Фотография под каким номером загрузится в карусель, если посетитель нажмет один раз кнопку вперед?

Формат входных данных
Программа получает на вход две строки. В первой строке записано натуральное число n (n < 10⁹). Во второй - натуральное число m (1≤ m ≤ n). 

Формат выходных данных
Выведите одно число - номер следующей фотографии.

От организаторов олимпиады поступил заказ на покупку N пачек бумаги "Снегурочка". Магазин упаковывает бумагу по M пачек бумаги в одну коробку. Последняя коробка может быть неполной. Определите, какое количество пачек бумаги будет в последней коробке. 

Формат входных данных
В первой строке входных данных записано натуральное число N - количество пачек, которые были заказаны. Во второй строке - натуральное число M - максимальное число пачек, которое помещается в одну коробку.

Формат выходных данных
Выведите одно число - ответ на задачу

Известно, что сложение и умножение являются ассоциативными операциями. Это значит, что значение выражений вида \(a_1+a_2+\ldots +a_n\) и \(a_1\cdot a_2 \cdot \ldots \cdot a_n\) не зависит от порядка выполнения в них действий и следовательно не меняется при произвольной расстановке в этих выражениях скобок.

В отличии от сложения и умножения, деление — операция не ассоциативная. Так, значение выражения вида \(a_1/a_2/\cdots /a_n\) может меняться при расстановке в нем скобок.

Рассмотрим выражение вида \[p_1 / p_2 / \cdots / p_n,\] где все \(p_i\) — простые числа (не обязательно различные). Найдите количество возможных значений, которые может принять указанное выражение после расстановки в нем скобок, а также количество целых чисел среди этих значений.

Например, выражение \(3/2/2\) после расстановки скобок может принять два значения: \(3/4 = (3 / 2) / 2\) и \(3 = 3 / (2 / 2)\).

Формат входных данных
Первая строка содержит число \(n\) (\(1 \le n \le 200\)). Следующая строка содержат \(n\) натуральных чисел — \(p_1, p_2, \dots, p_n\). Все числа \(p_i\) простые и не превосходят \(10^4\).

Формат выходных данных
На первой строке выведите количество возможных значений, которые может принять выражение \(p_1 / p_2 / \cdots / p_n\) при заданных \(p_i\) после расстановки в нем скобок. На второй строке выведите количество целых чисел среди этих значений.

Ребята во дворе решили поиграть в прятки. Чтобы выбрать ведущего, который будет искать, они решили воспользоваться считалкой. Считалка состоит из \(k\) слов, и используется следующим образом.

Все \(n\) ребят становятся в круг и один из них, начиная с себя, по очереди указывает на ребят в порядке, в котором они стоят по кругу, называя слова считалки. Тот, на кого указывает считающий, называя последнее слово считалки, выбывает из круга. После этого считалка повторяется сначала, а счет начинается со следующего за выбывшим. Так продолжается до тех пор, пока в круге не останется один человек. Он то и будет ведущим.

Но на этот раз ребята так увлеклись идеей предстоящей игры, что забывали выходить из круга, после того как считающий указывал на них, называя последнее слово считалки. В результате считающий снова указывал на них при следующих повторениях считалки.

Ребята заметили это только тогда, когда после очередного повторения считалки считающий снова указал на последнем слове на участника, который уже должен был покинуть круг. Теперь их заинтересовал вопрос — а на скольких ребят в этот момент считающий все еще не указал, что они должны покинуть круг.

Помогите им ответить на этот вопрос.

Формат входных данных
Строка содержит два целых числа — \(n\) и \(k\) (\(1 \le n \le 1000\), \(1 \le k \le 10^9\)).

Формат выходных данных
Выведите одно число — количество ребят, на которых ведущий, еще не указал, что они должны покинуть круг, когда ведущий повторно укажет на кого-либо на последнем слове считалки.

Широкое распространение в стандартных библиотеках многих языков программирования получила реализация сбалансированных деревьев на основе так называемых красно-черных деревьев. В данной задаче вам предлагается посчитать количество красно-черных деревьев заданной формы.

Напомним, что двоичным деревом называется набор вершин, организованных в виде дерева. Каждая вершина имеет не более двух детей, один из которых называется левым, а другой — правым. Как левый, так и правый ребенок, а также оба могут отсутствовать.

Если вершина \(Y\) — ребенок вершины \(X\), то говорят, что вершина \(X\) является родителем вершины \(Y\). У каждой вершины дерева, кроме одной, есть ровно один родитель. Единственная вершина, не имеющая родителя, называется корнем дерева.

Соединим каждую вершину кроме корня с ее родителем. Заметим, что для каждой вершины существует ровно один путь, ведущий в нее от корня.

Двоичное дерево называется красно-черным, если каждая его вершина раскрашена в красный либо в черный цвет, причем выполняются следующие условия:

1. если вершина красная, то ее родитель — черный;

2. количество черных вершин на пути от корня до любой вершины, у которой отсутствует хотя бы один ребенок, одно и то же.

Примеры двоичного дерева, вершины которого раскрашены в два цвета, приведены на следующем рисунке.

Если считать закрашенные вершины черными, а незакрашенные — красными, то дерево на рисунке (а) является красно-черным деревом, а деревья на рисунках (б) и (в) — нет. Для дерева на рисунке (б) нарушается первое свойство — у красной вершины 5 родитель 2 также красный, а в дереве на рисунке (в) нарушается второе свойство — на пути от корня до вершины 1 одна черная вершина, а, например, на пути от корня до вершины 3 — две.

Для заданного двоичного дерева подсчитайте число способов раскрасить его вершины в черный и красный цвет так, чтобы оно стало красно-черным деревом.

Формат входных данных
Первая строка содержит число \(n\) — количество вершин в дереве (\(1 \le n \le 1000\)).

Пусть вершины дерева пронумерованы числами от \(1\) до \(n\). Следующие \(n\) строк содержат по два числа — для каждой вершины заданы номера ее левого и правого ребенка. Если один из детей отсутствует, то вместо его номера записан ноль. Гарантируется, что входные данные корректны, то есть набор чисел действительно задает двоичное дерево.

Формат выходных данных
Выведите одно число — количество способов раскрасить вершины заданного во входном файле двоичного дерева в красный и черный цвета так, чтобы оно стало красно-черным деревом.

Все допустимые способы раскрасить вершины дерева из первого примера приведены на следующем рисунке.

В ЛКШ Витя решил переселять комнаты каждый месяц. Известно какая комната в какую переезжает. Требуется определить целое число лет, которое пройдет прежде чем все окажутся снова в своих комнатах.

Входные данные
В первой строке записано N - количество комнат (1 < N < 101) и далее номера комнат, в которые переезжают 1,2,3,..,N-я комнаты. СЭС не потерпит беспорядка, поэтому все переезды корректны (в каждую комнату переедет ровно одна комната).

Выходные данные
Выведите количество лет, которое пройдет, прежде чем все снова окажутся в своих комнатах

Переведите натуральное число из двоичной системы в десятичную (в двоичном числе не более 10 цифр).

Входные данные
Вводится натуральное число, записанное в двоичной системе.

Выходные данные
Выведите число, записанное в десятичной системе.

Переведите число {1} из 10-й СС в двоичную СС
 

Миша сидел на занятиях математики в Высшей школе экономики и решал следующую задачу: дано \(n\) целых чисел и нужно расставить между ними знаки \(+\) и \(\times\) так, чтобы результат полученного арифметического выражения был нечётным (например, между числами \(5\), \(7\), \(2\), можно расставить арифметические знаки следующим образом: \(5 \times 7 + 2 = 37\)). Так как примеры становились все больше и больше, а Миша срочно убегает в гости, от вас требуется написать программу решающую данную задачу.

Формат входных данных
В первой строке содержится единственное число \(n\) (\(2 \leq n \leq 10^5\)). Во второй строке содержится \(n\) целых чисел \(a_i\), разделённых пробелами (\(-10^9 \leq a_i \leq 10^9\)). Гарантируется, что решение существует.

Формат выходных данных
В одной строке выведите \(n - 1\) символ \(+\) или \(\times\), в результате применения которых получается нечётный результат. (Для вывода используйте соответственно знаки <<+>> (ASCII код—43) и <<x>> (ASCII код—120), без кавычек).

 

В гостинице для жирафов администрация хочет запастись подушкам так, чтобы удовлетворить потребности любого своего возможного постояльца. Известно, что жирафам в зависимости от длины их шеи нужно сложить стопку подушек (в стопке одна или несколько подушек) толщиной от \(1\) до \(n\) сантиметров. При этом администрация хочет обойтись как можно меньшим числом подушек, а среди наборов подушек, удовлетворяющих этим требованиям, администрация выберет набор минимальной суммарной толщины, чтобы он занимал минимальный объём в шкафу.

Помогите администрации составить нужный набор подушек, позволяющий получить стопку любой высоты от \(1\) до \(n\) сантиметров включительно.

Формат входных данных
Во входных данных записано единственное целое число \(n\) — максимально возможная длина шеи жирафа (\(1 \leq n \leq 10^9\)).

Формат выходных данных
В единственной строке через пробел выведите толщину каждой подушки в этом наборе в произвольном порядке. Если ответов несколько, выведите любой из них.

Замечание

В примере из условия необходимо подобрать такой набор из минимального числа подушек, чтобы используя данные подушки удавалось сложить стопку любой целочисленной толщины от \(1\) до \(9\) см. Таким набором является набор из подушек толщиной \(1\), \(2\), \(3\), \(3\) см. Действительно, стопку толщины \(1\), \(2\), \(3\) см можно сложить из одной подушки. Оставшиеся числа получены так: \(4=1+3\), \(5=2+3\), \(6=3+3\), \(7=1+3+3\), \(8=2+3+3\), \(9=1+2+3+3\). Возможны и другие варианты ответа с тем же количеством подушек и их суммарной толщиной. Выполнить условие задачи, используя только три подушки, нельзя.

Тимофей готовится к ЕГЭ. Для отработки навыка скорости и точности поиска ответов на задания по теме «Системы счисления» ему часто приходится решать примеры типа «сколько значащих нулей (или единиц) содержит двоичная запись значения выражения 2^a + 2^b − 2^c?». Значащими называются все цифры, кроме нулей в начале числа (которые обычно и не записываются). Например, десятичное число 20 в двоичной системе счисления записывается как 10100, и в этой записи две значащие цифры «1» и три значащие цифры «0».

Помогите Тимофею по известным a, b и c узнать ответ на задачу.

Входные данные

Программа получает на вход четыре целых неотрицательных числа: a, b, c и d, записанные в отдельных строках. Числа a, b и c соответствуют показателям степеней двоек в задании (0 ≤a, b, c, ≤10⁹). При этом гарантируется, что 2^a + 2^b − 2^c > 0 и a ≠ b.

Число d равно либо 0, либо 1 — цифра, количество которых в значении выражения нужно узнать.

Выходные данные

Программа должна вывести одно неотрицательное целое число — ответ на задачу.

Пример

Ввод	Вывод	Пояснение
4 3 2 1	2	Нужно узнать количество единиц в двоичной записи значения выражения 24 + 23 − 22. Вычислим: 16 + 8 - 4 = 20. 2010 = 101002. Всего две единицы. Такой же результат можно получить, выполнив действия в столбик, не переводя числа в десятичную систему счисления (см. ниже).

 10000
+ 1000
 -----
 11000

 11000
-  100
 -----
 10100

Кате нравятся целые числа, которые делятся без остатка на число K, а Маше — целые числа, которые делятся без остатка на число M. Сегодня подруги решили утроить соревнование и выяснить, чьи любимые числа лучше.

Для начала они выписали на лист бумаги все целые числа от A до B включительно. Затем Катя посчитала, сколько чисел среди выписанных делятся на число K без остатка, а Маша посчитала, сколько чисел делятся на число M без остатка.

В соревновании победит та из них, чьих любимых чисел окажется больше. Если же количества любимых чисел Кати и Маши совпадут, объявляется ничья. Для того, чтобы определить победителя, девочки попросили вас вычислить разность количества любимых чисел Кати и Маши.

Входные данные

Программа получает на вход четыре целых положительных числа, записанных в отдельных строках: K, M, A и B. Числа не превосходят 2×10⁹.

Выходные данные

Программа должна вывести одно целое число — разность количества любимых чисел Кати и количества любимых чисел Маши.
 

Примеры

Ввод	Вывод	Пояснение
2 3 2 9	1	Выписаны числа 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Среди них есть четыре числа, которые делятся на 2: 2, 4, 6, 8, и три числа, которые делятся на 3: 3, 6, 9. Ответ: 4 - 3 = 1.
3 3 6 6	0	Выписано одно число 6 и оно является любимым числом как Кати, так и Маши.
10 2 1 5	-2	Среди чисел 1, 2, 3, 4, 5 нет ни одного любимого числа Кати, а у Маши любимыми являются 2 и 4.

Ипполит Матвеевич Воробьянинов ходит вдоль улицы из \(n\) домов, пронумерованных числами от \(1\) до \(n\), и расклеивает афиши. Сначала он наклеил афиши на каждый дом, номер которого делился без остатка на \(a\). Поскольку афиш осталось еще много, вторым проходом он наклеил афиши на каждый дом, номер которого делился без остатка на \(b\). При этом, если на доме уже была наклеена афиша, новую Воробьянинов не клеил. Сколько всего афиш расклеил бывший предводитель дворянства?

Формат входных данных
Три строки содержат три натуральных числа: \(n\) — количество домов на улице, \(a\) и \(b\) — выбранные Воробьяниновым числа. Все числа не превосходят \(10^9\).

Формат выходных данных
Выведите одно неотрицательное целое число — количество расклеенных афиш.

Замечание
В первом примере на улице \(10\) домов. Ипполит Матвеевич первым проходом расклеил пять афиш на дома, номера которых делятся на \(2\), то есть на дома с номерами \(2\), \(4\), \(6\), \(8\), \(10\). Вторым проходом он расклеил две афиши на дома, номера которых делятся на \(3\), то есть на дома с номерами \(3\) и \(9\). Дом номер \(6\) он пропустил — на нем афиша уже висит. Всего наклеено \(7\) афиш.

Во втором примере Воробьянинов не наклеит ни одной афиши.

Банк «Кисловодск» переходит на новый вид банковских карт. Для этого производятся одинаковые заготовки, на которых есть специальное место для идентификации клиента. Изначально на этом месте записывается кодовое число X. В банке с помощью специального прибора можно стирать некоторые цифры числа X. Оставшиеся цифры, будучи записанными подряд, должны образовывать номер счета клиента. Например, при X = 12013456789 номера счетов 5, 12, 17 или 12013456789 получить можно, а номера 22 или 71 получить нельзя.

Способ распределения номеров счетов в банке очень прост. Счетам присваиваются последовательно номера 1, 2, … Очевидно, что при таком способе в какой-то момент впервые найдется номер счета N, который нельзя будет получить из цифр X указанным выше способом. Руководство банка хочет знать значение N.

Напишите программу, которая находила бы N по заданному X.

Формат входных данных
Вводится натуральное число X без ведущих нулей (1 ≤ X ≤ 101000). 

Формат выходных данных
Выведите искомое N без ведущих нулей.

Задано число \(n\). Требуется найти число от 1 до \(n\), включительно, которое имеет максимальное число положительных целых делителей.

Например, если \(n = 20\), то искомое число — 12, у него 6 делителей: 1, 2, 3, 4, 6 и 12.

Формат входных данных
На вход подается одно число \(n\) (\(1 \le n \le 100\,000\))

Формат выходных данных
Выведите на первой строке число от 1 до \(n\), включительно, которое имеет максимальное число делителей. На второй строке выведите число его делителей.

Если есть несколько чисел от 1 до \(n\) с максимальным числом делителей, выведите любое из них.

Маленький Миша летом гостит у бабушки в деревне. Каждый день он съедает по одному фрукту и отмечает это в своем блокноте. Миша еще слишком мал и умеет рисовать только палочки (I) и галочки (V).  Каждый день, после того как он съел свой фрукт, он в блокнот рисует карандашом одну палочку (I) . Раз в пять дней он стирает четыре предыдущие палочки и рисует галочку (V).
Вас просят определить, какая запись получится у Миши на n-й день пребывания в деревне у бабушки.
 

Формат входных данных
На ввод подается одно число \(n\) (\(1 \le n \le 10\,000\)).

Формат выходных данных
Выведите запись, которая получится в блокноте у Миши на \(n\)-й день.

Если вас интересует математика, то эта задача для вас.

Будем называть целое число \(n\) \(k\)-степенным, если его можно разложить в сумму различных степеней числа \(k\), то есть если \(n\) представимо в виде \(n = k^{a_1} + k^{a_2} + \ldots + k^{a_d}\), где все \(a_i\) целые и \(a_i \ne a_j\) для всех \(i \ne j\).

Ответьте на множество запросов: какое минимальное целое число, большее либо равное \(n_i\), является \(k_i\)-степенным?

Формат входных данных
Первая строка ввода содержит целое число \(q\) — количество запросов, на которые вам предстоит ответить (\(1 \le q \le 10^5\)).

Каждая из следующих \(q\) строк содержит два целых числа \(n_i\) и \(k_i\), описывающие \(i\)-й запрос (\(1 \le n_i \le 10^9\); \(2 \le k_i \le 10^9\)).

Формат выходных данных
Выведите \(q\) строк, в \(i\)-й из которых выведите минимальное \(k_i\)-хорошее число, большее либо равное \(n_i\).

Найдите и выведите в возрастающем порядке все несократимые обыкновенные дроби \(f\) со знаменателем не превышающим \(n\), которые удовлетворяют неравенству \(1/p < f < 1/q\).

Формат входных данных
На ввод подается три числа: \(n\), \(p\) и \(q\) (\(1 \le n \le 100\), \(1 \le q < p \le 100\)).

Формат выходных данных
Выведите все искомые дроби, по одной на строке.