整数分解为若干项之和

将一个正整数N分解成几个正整数相加,可以有多种分解方法,例如7=6+1,7=5+2,7=5+1+1,…。编程求出正整数N的所有整数分解式子。

输入格式:

每个输入包含一个测试用例,即正整数N (0 < N ≤ 30)。

输出格式:

按递增顺序输出N的所有整数分解式子。递增顺序是指:对于两个分解序列 N1=n1,n2,

N2=m1,m2,,若存在 i 使得 n1=m1, , ni=mi,但是 ni+1<mi+1,则 N1 序列必定在 N2

序列之前输出。每个式子由小到大相加,式子间用分号隔开,且每输出 4 个式子后换行。

输入样例:

7

输出样例:

7=1+1+1+1+1+1+1;7=1+1+1+1+1+2;7=1+1+1+1+3;7=1+1+1+2+2
7=1+1+1+4;7=1+1+2+3;7=1+1+5;7=1+2+2+2
7=1+2+4;7=1+3+3;7=1+6;7=2+2+3
7=2+5;7=3+4;7=7

解题思路:

采用了深度优先处理的思想,涉及到了一点点数据结构的知识。如果还没学到数据结构,也不必担心。在之前的题目中也可能用到了其它容易实现的数据结构,只是不知道它是数据结构中的内容。数据结构就是把各种各样的操作、逻辑关系进行分类、总结,从而让我们更加方便地设计算法来解决问题。

深度优先算法用递归写起来比较方便。递归有两个重要元素:

  • 递归出口
  • 递归的表达式

递归对技巧性要求很高,大多数时候其关系式并不是很容易找到。而且对递归的设计与理解,很容易钻到具体细节的实现上。递归的优点就是可以让一些复杂问题简单化,把具体的细节交给计算机执行。而过分钻研细节,就非常容易陷进去理不清头绪。对于递归的学习应该是多看看经典的递归写法,遇到类似问题会模仿写就行了,不一定要自己创造出一个递归关系式。

本题也是如此。注意算法的主体部分,关键信息无非是:

void division () {

    division (下一个);
    对结点进行处理;
} 

递归出口是累加的总和等于了输入的 N。

到这里,就可以去看下面的代码了。然后试着自己写,不会写,就模仿,下面的框图对写这个算法基本上没有帮助——除了让人觉得「好像挺复杂的」以外。递归的特点就是形式简单,实际上细节繁多。不要扣于细节,先会写了,再去思考和模拟它的执行细节以掌握它,这样才不至于困难重重,无从下手。如果细节上有疑问,可以来看看下面的处理流程。

算法的处理流程是:

  • 假设输入的 N 为 3:
第一层递归 第二层递归 第三层递归 主要执行细节
division (1)
sum = 1,不跳出
division (1)
sum = 2,不跳出
division (1)
sum = 3 等于 N,输出当前序列 1 1 1,
跳出,执行 for 循环,sum 均大于 3,跳出,返回上一层
第三层
s[0] s[1] s[2] 动作
1 1 1 输出
1 1 2 跳出
1 1 3 跳出
1 1 4 跳出
开始处理
division (2)
sum = 3,输出当前序列 1 2,然后跳出,执行 for 循环,均跳出
返回至上一层
返回至上一层 第二层
s[0] s[1] 动作
1 2 输出
1 3 跳出
1 4 跳出
开始处理 division (2)
sum = 2,不跳出
division (2)
sum = 4,跳出,返回上一层
  第二层
s[0] s[1] 动作
2 2 跳出
开始处理 division (3)
sum = 3, 输出当前序列 3,结束程序
返回至上一层   第一层
s[0] 动作
3 跳出
  • 箭头指明了各层之间的流动方向。

如果 N 更大一点,这个表格会变得更加复杂。递归的手动模拟范围应尽量小一点,否则容易混乱。

你可以发现,所谓的深度优先就是说,优先处理下一个节点,直到它们的 sum 等于 N,才返回上一个节点。先爬到最深处,再往回走。

解题代码:

#include<stdio.h>

int N;

int s[31]; // 存放划分结果 
int top = -1; // 数组指针 
int count = 0; // 统计输出的次数 
int sum = 0; // 拆分项累加和 

void division (int i);

int main ()
{
    scanf ("%d", &N);
    
    division (1);
    
    return 0; 
}

void division (int i) {
    if (sum == N) {
        count ++;
        printf("%d=", N);
        int k;
        for (k=0; k<top; k++) {
            printf("%d+", s[k]);
        }
        if (count%4 == 0 || s[top] == N) {
            printf("%d\n", s[top]);
        } else {
            printf("%d;", s[top]);
        }
        return;
    } // 输出部分 
    if (sum > N) {
        return;
    }
    for (int j=i; j<=N; j++) {
        s[++top] = j;
        sum += j; 
        division (j);
        sum -= j;
        top --;
    } // 算法主体 

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