Número de subsecuencias distintas no vacías de expansión binaria

19

Una subsecuencia es cualquier secuencia que puede obtener de otra eliminando cualquier cantidad de caracteres. Las distintas subsecuencias no vacío de 100son 0, 1, 00, 10, 100. Las subsecuencias no vacías distintas de 1010son 0, 1, 00, 01, 10, 11, 010, 100, 101, 110, 1010.

Escribir un programa o función que dado un número entero positivo n devuelve el número de subsecuencias distintas no vacías de la expansión binaria de n .

Ejemplo: dado que 4está 100en binario, y vimos que tenía cinco subsecuencias distintas no vacías arriba, entonces f(4) = 5. A partir de n = 1 , comienza la secuencia:

1, 3, 2, 5, 6, 5, 3, 7, 10, 11, 9, 8, 9, 7, 4, 9, 14, 17, 15, 16, 19, 17, 12

Sin embargo, su programa debe funcionar para cualquier n <2 50 en menos de un segundo en cualquier máquina moderna. Algunos grandes ejemplos:

f(1099511627775) = 40
f(1099511627776) = 81
f(911188917558917) = 728765543
f(109260951837875) = 447464738
f(43765644099) = 5941674
code-golf combinatorics binary subsequence restricted-time orlp
fuente
44
No estoy de acuerdo con la restricción de tiempo.
ATaco
1
Esto sonaba muy familiar, especialmente después de mirar la trama. Resulta que busqué una secuencia muy relacionada a principios de este año, pero conté la cantidad de números binarios distintos, no cadenas binarias, que obtienes al tomar subsecuencias (así que desconté los ceros iniciales). Incluso lo había protegido, pero debido a la equivalencia en la publicación Math.SE, habría sido un engaño de algún desafío de Stern-Brocot. Sin embargo, la trama de su secuencia es un poco más agradable (es decir, más caótica). :)
Martin Ender
55
@ATaco La restricción de tiempo tiene una buena razón. Hay un algoritmo eficiente, y es interesante pero bien jugable. Si no tengo una restricción de tiempo, siento que casi todas las respuestas simplemente impondrían fuerza bruta a todas las subsecuencias posibles, que muy, muy rápidamente, ya no funcionarían. En cierto sentido, no son respuestas.
orlp

Respuestas:

10

Python 3 , 95 bytes 83 bytes

[-12 bytes gracias a Mr.XCoder :)]

def f(x):
 v=[2,1];c=1
 for i in bin(x)[3:]:k=int(i);c+=v[k];v[1-k]+=v[k]
 return c

Pruébalo en línea!

Una nota sobre el algoritmo. El algoritmo calcula el incremento en subsecuencias únicas dadas por el bit en una posición dada t. El incremento para el primer bit es siempre 1. El algoritmo luego ejecuta la secuencia de bits s (t) y agrega el incremento v [s (t)]. En cada paso, el incremento para el complemento de s (t), v [1 - s (t)] se actualiza a v [1] + v [0]. El número final es la suma de todos los incrementos.

Debe ejecutarse en O (log2 (n)), donde n es el número de entrada.

NofP
fuente
1
83 bytes o 83 bytes
Sr. Xcoder
8

JavaScript (ES6), 53 51 bytes

f=(n,r=~(a=[]))=>n<1?~r:f(n/2,r*2-~~a[n&=1],a[n]=r)

Casos de prueba

Mostrar fragmento de código

Formateado y comentado

f = (                      // f is a recursive function taking:
  n,                       //   n = integer
  r = ~(                   //   r = last result, initially set to -1
    a = []                 //   and using a[] = last results for 0 and 1,
  )                        //   implicitly initialized to [0, 0]
) =>                       //
  n < 1 ?                  // if n is less than 1:
    ~r                     //   we're done: return -(r + 1)
  :                        // else:
    f(                     //   do a recursive call with:
      n / 2,               //     n / 2
      r * 2 - ~~a[n &= 1], //     updated result = r * 2 - last result for this binary digit
      a[n] = r             //     update last result for this binary digit
    )                      //   end of recursive call

Versión no recursiva, 63 bytes.

Guardado 3 bytes gracias a @ThePirateBay

s=>[...s.toString(2)].map(l=c=>l[p=r,r=r*2-~~l[c],c]=p,r=1)|r-1

Casos de prueba

Mostrar fragmento de código

Arnauld
fuente
Creo que puede guardar 3 bytes asignando la función interna (el primer argumento de map) a la variable de bandera en llugar de una matriz vacía.
@ThePirateBay Una buena. ¡Gracias!
Arnauld
6

Jalea , 10 bytes

B3;BSṛ¦/’S

Esto utiliza la mejora de @ xnor en el algoritmo de @ NofP .

Pruébalo en línea!

Antecedentes

Sea (a 1 , ..., a n ) una secuencia binaria finita. Para cada número entero no negativo k ≤ n , defina o k como el número de subsecuencias únicas de (a 1 , ..., a k ) que están vacías o terminan en 1 , z k como el número de subsecuencias únicas que son ya sea vacía o termina en 0 .

Claramente, o 0 = z 0 = 1 , ya que la única subsecuencia de la secuencia vacía es la secuencia vacía.

Para cada índice k , el número total de subsecuencias de (a 1 , ..., a k ) es o k + z k - 1 (restando 1 explica el hecho de que tanto o k y z k recuento de la secuencia de vacío). El número total de subsecuencias no vacías es, por lo tanto, o k + z k - 2 . El desafío pide calcular o n + z n - 2 .

Siempre que k> 0 , podemos calcular o k y z k de forma recursiva. Hay dos casos:

  • a k = 1

    z k = z k-1 , ya que (a 1 , ..., a k-1 ) y (a 1 , ..., a k-1 , 1) tienen las mismas subsecuencias que terminan en 0 .

    Para cada una de las subsecuencias no vacías de o k - 1 de (a 1 , ..., a k ) que terminan en 1 , podemos eliminar el 1 posterior para obtener una de las o k-1 + z k-1 - 1 subsecuencias (a 1 , ..., a k-1 ) . Por el contrario, agregar un 1 a cada una de las últimassecuencias o k-1 + z k-1 - 1 da como resultado una de lassecuencias anteriores de o k - 1 . Por lo tanto, o k-1 + z k - 1 = ok-1 - 1 y o k = o k-1 + z k-1 .

  • una k = 0

    De manera similar al caso anterior, obtenemos las fórmulas recursivas o k = o k-1 y z k = z k-1 + o k-1 .

Cómo funciona

B3;BSṛ¦/’S  Main link. Argument: n (positive integer)

B           Binary; convert n to base 2.
 3;         Prepend a 3.
   B        Binary; convert all integers in the resulting array to base 2, mapping
            0 to [0], 1 to [1], and the prepended 3 to [1, 1].
       /    Reduce the resulting array by the quicklink to the left, which will be 
            called with left argument [x, y] (integer pair) and right argument [j] 
            (either [0] or [1]).
      ¦     Sparse application.
    S           Compute the sum (x + y) and...
     ṛ          for each index in the right argument (i.e., for j)...
            replace the element of [x, y] at that index with (x + y).
       ’    Decrement both integers in the resulting pair.
        S   Take the sum.
Dennis
fuente
Hola Dennis, ¿te importaría agregar una breve explicación sobre por qué funciona el algoritmo?
Jonás
He añadido una explicación.
Dennis
4

05AB1E , 12 bytes

0¸sbvDO>yǝ}O

Pruébalo en línea! Explicación: Como se señaló en las otras respuestas, el número de subsecuencias para una cadena binaria a..y0que termina en 1 es el mismo que el número de la cadena binaria a..y, mientras que el número que termina en a 0es el número total de subsecuencias para el binario cadena a..y(que cada uno gana un 0sufijo) más uno para0 sí mismo. A diferencia de las otras respuestas, no incluyo la subsecuencia vacía, ya que esto ahorra un byte que construye el estado inicial.

0¸s             Push [0] under the input
   b            Convert the input to binary
    v     }     Loop over the digits
     D          Duplicate the array
      O         Take the sum
       >        Increment
        yǝ      Replace the index corresponding to the binary digit
           O    Take the sum of the final array
Neil
fuente
1

Java 8, 97 bytes

n->f(n,1,1)long f(long n,long a,long b){return n>0?f(n/2,a+Math.floorMod(~n,2)*b,n%2*a+b):a+b-2;}

El puerto de la respuesta Python 2 de @xnor , que a su vez es una mejora de la respuesta Python 3 de @NofP .

Pruébalo aquí

Tal vez sea bueno que la etiqueta de tiempo restringido estuviera presente, porque inicialmente tuve lo siguiente para aplicar fuerza bruta a todas las subsecuencias:

import java.util.*;n->p(n.toString(n,2)).size()-1;Set p(String s){Set r=new HashSet();r.add("");if(s.isEmpty())return r;Set q=p(s.substring(1));r.addAll(q);for(Object o:q)r.add(""+s.charAt(0)+o);return r;}

Pruébalo aquí

Lo que también funcionó, pero tomó demasiado tiempo para los últimos tres casos de prueba. Sin mencionar que es mucho más largo ( 208 204 bytes ).

Kevin Cruijssen
fuente
1

Código de máquina 6502 (C64), 321 bytes

00 C0 20 FD AE A2 00 9D 4F C1 E8 20 73 00 90 F7 9D 4F C1 A0 FF C8 B9 4F C1 D0
FA A2 15 CA 88 30 0A B9 4F C1 29 0F 9D 4F C1 10 F2 A9 00 9D 4F C1 CA 10 F8 A9
00 A0 07 99 64 C1 88 10 FA A0 40 A2 6C 18 BD E4 C0 90 02 09 10 4A 9D E4 C0 E8
10 F2 A2 07 7E 64 C1 CA 10 FA 88 F0 13 A2 13 BD 50 C1 C9 08 30 05 E9 03 9D 50
C1 CA 10 F1 30 D1 A2 0F A9 00 9D 3F C1 CA D0 FA A9 01 8D 3F C1 8D 47 C1 A2 08
CA BD 64 C1 F0 FA A0 09 1E 64 C1 88 90 FA B0 0A CA 30 28 A0 08 1E 64 C1 90 04
A9 47 B0 02 A9 4F 8D AF C0 86 FE A2 F8 18 BD 47 C0 7D 4F C0 9D 47 C0 E8 D0 F4
A6 FE 88 D0 DC F0 D5 A2 F8 BD 47 C0 7D 4F C0 9D 6C C0 E8 D0 F4 AD 64 C1 E9 01
8D 64 C1 A2 F9 BD 6C C0 E9 00 9D 6C C0 E8 D0 F5 A0 15 A9 00 99 4E C1 88 D0 FA
A0 40 A2 13 BD 50 C1 C9 05 30 05 69 02 9D 50 C1 CA 10 F1 0E 64 C1 A2 F9 3E 6C
C0 E8 D0 FA A2 13 BD 50 C1 2A C9 10 29 0F 9D 50 C1 CA 10 F2 88 D0 D1 E0 14 F0
06 E8 BD 4F C1 F0 F6 09 30 99 4F C1 C8 E8 E0 15 F0 05 BD 4F C1 90 F0 A9 00 99
4F C1 A9 4F A0 C1 4C 1E AB

Demostración en línea

Demostración en línea con comprobación de errores (346 bytes)

Uso: sys49152,[n] por ej sys49152,911188917558917.

La restricción de tiempo y los casos de prueba requieren soluciones para calcular en números de 64 bits, por lo que el tiempo para demostrar que el C64 califica como " máquina moderna ";)

Por supuesto, esto necesita bastante código, el sistema operativo no proporciona nada para enteros de más de 16 bits. La parte pobre aquí: es otra implementación (ligeramente modificada) del algoritmo NofP resp. La variante mejorada de xnor . Gracias por la idea;)

Explicación

Aquí hay una lista de desmontaje comentada de la parte relevante que realiza el algoritmo:

.C:c06c  A2 0F       LDX #$0F           ; 15 bytes to clear
.C:c06e  A9 00       LDA #$00
.C:c070   .clearloop:
.C:c070  9D 3F C1    STA .num_a,X
.C:c073  CA          DEX
.C:c074  D0 FA       BNE .clearloop
.C:c076  A9 01       LDA #$01           ; initialize num_a and num_b
.C:c078  8D 3F C1    STA .num_a         ; to 1
.C:c07b  8D 47 C1    STA .num_b
.C:c07e  A2 08       LDX #$08           ; 8 bytes of input to check,
.C:c080   .findmsb:                     ; start at most significant
.C:c080  CA          DEX
.C:c081  BD 64 C1    LDA .nc_num,X
.C:c084  F0 FA       BEQ .findmsb       ; repeat until non-0 byte found
.C:c086  A0 09       LDY #$09           ; 8 bits to check (+1 for pre dec)
.C:c088   .findbit:
.C:c088  1E 64 C1    ASL .nc_num,X      ; shift left, highest bit to carry
.C:c08b  88          DEY
.C:c08c  90 FA       BCC .findbit       ; bit was zero -> repeat
.C:c08e  B0 0A       BCS .loopentry     ; jump into calculation loop
.C:c090   .mainloop:
.C:c090  CA          DEX                ; next byte
.C:c091  30 28       BMI .done          ; index -1? -> done calculating
.C:c093  A0 08       LDY #$08           ; 8 bits to check
.C:c095   .bitloop:
.C:c095  1E 64 C1    ASL .nc_num,X      ; shift left, highest bit to carry
.C:c098  90 04       BCC .tgt_b         ; if 0, store addition result in num_b
.C:c09a   .loopentry:
.C:c09a  A9 47       LDA #$47
.C:c09c  B0 02       BCS .tgt_a         ; ... else store in num_a ...
.C:c09e   .tgt_b:
.C:c09e  A9 4F       LDA #$4F
.C:c0a0   .tgt_a:
.C:c0a0  8D AF C0    STA $C0AF          ; ... using self-modification.
.C:c0a3  86 FE       STX $FE            ; save byte index
.C:c0a5  A2 F8       LDX #$F8           ; index for adding
.C:c0a7  18          CLC
.C:c0a8   .addloop:
.C:c0a8  BD 47 C0    LDA $C047,X        ; load byte from num_a
.C:c0ab  7D 4F C0    ADC $C04F,X        ; add byte from num_b
.C:c0ae  9D 47 C0    STA $C047,X        ; store to num_a or num_b
.C:c0b1  E8          INX                ; next index
.C:c0b2  D0 F4       BNE .addloop       ; done if index overflown
.C:c0b4  A6 FE       LDX $FE            ; restore byte index
.C:c0b6  88          DEY                ; decrement bit index
.C:c0b7  D0 DC       BNE .bitloop       ; bits left in current byte -> repeat
.C:c0b9  F0 D5       BEQ .mainloop      ; else repeat main loop
.C:c0bb   .done:
.C:c0bb  A2 F8       LDX #$F8           ; index for adding
.C:c0bd   .addloop2:
.C:c0bd  BD 47 C0    LDA $C047,X        ; load byte from num_a
.C:c0c0  7D 4F C0    ADC $C04F,X        ; add byte from num_b
.C:c0c3  9D 6C C0    STA $C06C,X        ; store to nc_num (result)
.C:c0c6  E8          INX                ; next index
.C:c0c7  D0 F4       BNE .addloop2      ; done if index overflown
.C:c0c9  AD 64 C1    LDA .nc_num        ; load least significant result byte
.C:c0cc  E9 01       SBC #$01           ; subtract 2 (1 + negated carry)
.C:c0ce  8D 64 C1    STA .nc_num        ; store least significant result byte
.C:c0d1  A2 F9       LDX #$F9           ; index for subtract
.C:c0d3   .subloop:
.C:c0d3  BD 6C C0    LDA $C06C,X        ; subtract 0 from all other bytes
.C:c0d6  E9 00       SBC #$00           ; for handling carry if necessary
.C:c0d8  9D 6C C0    STA $C06C,X
.C:c0db  E8          INX
.C:c0dc  D0 F5       BNE .subloop

El resto es entrada / salida y conversión entre cadena y entero sin signo de 64 bits (little-endian) usando algún algoritmo de doble toque. En caso de que le interese, aquí está toda la fuente de ensamblaje para la versión con verificación de errores : la versión "golfed" está en la rama "golf".

Felix Palmen
fuente