UVa Problem 100 The 3n+1 problem （3n+1 问题）

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// The 3n+1 problem （3n+1 问题）

// PC/UVa IDs: 110101/100, Popularity: A, Success rate: low Level: 1

// Verdict: Accepted

// Submission Date: 2011-05-22

// UVa Run Time: 0.032s

//
// 版权所有（C）2011，邱秋。metaphysis # yeah dot net。

//
// [问题描述]

// 考虑如下的序列生成算法：从整数 n 开始，如果 n 是偶数，把它除以 2；如果 n 是奇数，把它乘 3 加

// 1。用新得到的值重复上述步骤，直到 n = 1 时停止。例如，n = 22 时该算法生成的序列是：

//
// 22，11，34，17，52，26，13，40，20，10，5，16，8，4，2，1

//
// 人们猜想（没有得到证明）对于任意整数 n，该算法总能终止于 n = 1。这个猜想对于至少 1 000 000

// 内的整数都是正确的。

//

// 对于给定的 n，该序列的元素（包括 1）个数被称为 n 的循环节长度。在上述例子中，22 的循环节长度

// 为 16。输入两个数 i 和 j，你的任务是计算 i 到 j（包含 i 和 j）之间的整数中，循环节长度的最大

// 值。
//

// [输入]

// 输入每行包含两个整数 i 和 j。所有整数大于 0，小于 1 000 000。

//
// [输出]

// 对于每对整数 i 和 j，按原来的顺序输出 i 和 j，然后输出二者之间的整数中的最大循环节长度。这三

// 个整数应该用单个空格隔开，且在同一行输出。对于读入的每一组数据，在输出中应位于单独的一行。

//
// [样例输入]

// 1 10

// 100 200

// 201 210

// 900 1000

//
// [样例输出]

// 1 10 20

// 100 200 125

// 201 210 89

// 900 1000 174

//
// [解题方法]

// 计算每个数的循环节长度，求给定区间的最大值。

//

// 需要注意：

// 1. 中间计算过程会超过 int 或 long （如果 int 或 long 型均为 4 字节存储空间） 型数据所能

// 表示的范围，故需要选择 long long （8 字节存储空间）型整数（除非你使用的算法在做乘的时候不

// 使用一般的乘法，而是使用替代方法实现原数的三倍加一）。

// 2. 输入时可能较大的数在前面，需要调整顺序，这个是导致算法正确却 WA 的重要原因。

// 3. 采用填表的方法保存既往计算结果，可以显著减少计算时间。

//
// 从网络上看了许多别人的解题方案，大多数都是忽略了第一点，求循环节长度的过程中，选择了 int 或

// long （按 32 位 CPU 来假定，4 字节存储空间）类型的数据，当计算 （n * 3 + 1） 时会超出 32

// 位整数的表示范围而得到错误答案，只不过 Programming Challenges 和 UVa 上的测试数据不是很强，

// 所以尽管不完善但都会获得 AC。在 1 - 999999 之间共有 41 个数在中间计算过程中会得到大于 32 位

// 无符号整数表示范围的整数，当测试数据包含这些数时，选用 int 或 long 类型有可能会得到错误的答案。

//
// 在中间计算过程中会超过 32 位整数表示范围的整数（括号内为循环节长度）：

// 159487（184） 270271（407） 318975（185） 376831（330） 419839（162）

// 420351（242） 459759（214） 626331（509） 655359（292） 656415（292）

// 665215（442） 687871（380） 704511（243） 704623（504） 717695（181）

// 730559（380） 736447（194） 747291（248） 753663（331） 763675（318）

// 780391（331） 807407（176） 822139（344） 829087（194） 833775（357）

// 839679（163） 840703（243） 847871（326） 859135（313） 901119（251）

// 906175（445） 917161（383） 920559（308） 937599（339） 944639（158）

// 945791（238） 974079（383） 975015（321） 983039（290） 984623（290）

// 997823（440）

#include <iostream>

using namespace std;

#define min(a, b) ((a) <= (b) ? (a) : (b))

#define max(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))

#define MAXSIZE 1000000

int cache[MAXSIZE];

// 计算循环节长度。

int counter(long long number)
{
if (number == 1)
return 1;

// 模 2 计算可用与计算代替，除 2 计算可用右移计算代替。

if (number & 1)
number += (number << 1) + 1;
else
number >>= 1;

// 若 number 在缓存范围内则根据情况取用。

if (number < MAXSIZE )
{
if (!cache[number])
cache[number] = counter(number);
return 1 + cache[number];
}

return 1 + counter(number);
}

int main(int ac, char *av[])
{
// 对于 GUN C++ 编译器，使用默认参数，在编译时会自动将全局数组 cache 中未初始化

// 的元素初始化为 0，故可以不需要显式的进行初始化的工作。对于其他编译器应该根据情况调整。

//

// memset(cache, 0, sizeof(cache));

//

int first, second, start, end;

while (cin >> first >> second)
{
// 得到给定范围的上下界。

start = min(first, second);
end = max(first, second);

// 查找最大步长值。

int result = 0, steps;
for (int i = start; i <= end; i++)
if ((steps = counter(i)) > result)
result = steps;

// 输出。

cout << first << " " << second << " " << result << endl;
}

return 0;
}

// The 3n+1 problem （3n+1 问题）
// PC/UVa IDs: 110101/100, Popularity: A, Success rate: low Level: 1
// Verdict: Accepted
// Submission Date: 2011-05-22
// UVa Run Time: 0.032s
//
// 版权所有（C）2011，邱秋。metaphysis # yeah dot net。
//
// [问题描述]
// 考虑如下的序列生成算法：从整数 n 开始，如果 n 是偶数，把它除以 2；如果 n 是奇数，把它乘 3 加
// 1。用新得到的值重复上述步骤，直到 n = 1 时停止。例如，n = 22 时该算法生成的序列是：
//
// 22，11，34，17，52，26，13，40，20，10，5，16，8，4，2，1
//
// 人们猜想（没有得到证明）对于任意整数 n，该算法总能终止于 n = 1。这个猜想对于至少 1 000 000
// 内的整数都是正确的。
//
// 对于给定的 n，该序列的元素（包括 1）个数被称为 n 的循环节长度。在上述例子中，22 的循环节长度
// 为 16。输入两个数 i 和 j，你的任务是计算 i 到 j（包含 i 和 j）之间的整数中，循环节长度的最大
// 值。
//
// [输入]
// 输入每行包含两个整数 i 和 j。所有整数大于 0，小于 1 000 000。
//
// [输出]
// 对于每对整数 i 和 j，按原来的顺序输出 i 和 j，然后输出二者之间的整数中的最大循环节长度。这三
// 个整数应该用单个空格隔开，且在同一行输出。对于读入的每一组数据，在输出中应位于单独的一行。
//
// [样例输入]
// 1 10
// 100 200
// 201 210
// 900 1000
//
// [样例输出]
// 1 10 20
// 100 200 125
// 201 210 89
// 900 1000 174
//
// [解题方法]
// 计算每个数的循环节长度，求给定区间的最大值。
//
// 需要注意：
// 1. 中间计算过程会超过 int 或 long （如果 int 或 long 型均为 4 字节存储空间） 型数据所能
//    表示的范围，故需要选择 long long （8 字节存储空间）型整数（除非你使用的算法在做乘的时候不
//    使用一般的乘法，而是使用替代方法实现原数的三倍加一）。
// 2. 输入时可能较大的数在前面，需要调整顺序，这个是导致算法正确却 WA 的重要原因。
// 3. 采用填表的方法保存既往计算结果，可以显著减少计算时间。
//
// 从网络上看了许多别人的解题方案，大多数都是忽略了第一点，求循环节长度的过程中，选择了 int 或
// long （按 32 位 CPU 来假定，4 字节存储空间）类型的数据，当计算 （n * 3 + 1） 时会超出 32
// 位整数的表示范围而得到错误答案，只不过 Programming Challenges 和 UVa 上的测试数据不是很强，
// 所以尽管不完善但都会获得 AC。在 1 - 999999 之间共有 41 个数在中间计算过程中会得到大于 32 位
// 无符号整数表示范围的整数，当测试数据包含这些数时，选用 int 或 long 类型有可能会得到错误的答案。
//
// 在中间计算过程中会超过 32 位整数表示范围的整数（括号内为循环节长度）：
// 159487（184）  270271（407）  318975（185）  376831（330）  419839（162）
// 420351（242）  459759（214）  626331（509）  655359（292）  656415（292）
// 665215（442）  687871（380）  704511（243）  704623（504）  717695（181）
// 730559（380）  736447（194）  747291（248）  753663（331）  763675（318）
// 780391（331）  807407（176）  822139（344）  829087（194）  833775（357）
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// 906175（445）  917161（383）  920559（308）  937599（339）  944639（158）
// 945791（238）  974079（383）  975015（321）  983039（290）  984623（290）
// 997823（440）

#include <iostream>

using namespace std;

#define min(a, b) ((a) <= (b) ? (a) : (b))
#define max(a, b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))

#define MAXSIZE 1000000

int cache[MAXSIZE];

// 计算循环节长度。
int counter(long long number)
{
if (number == 1)
return 1;

// 模 2 计算可用与计算代替，除 2 计算可用右移计算代替。
if (number & 1)
number += (number << 1) + 1;
else
number >>= 1;

// 若 number 在缓存范围内则根据情况取用。
if (number < MAXSIZE )
{
if (!cache[number])
cache[number] = counter(number);
return 1 + cache[number];
}

return 1 + counter(number);
}

int main(int ac, char *av[])
{
// 对于 GUN C++ 编译器，使用默认参数，在编译时会自动将全局数组 cache 中未初始化
// 的元素初始化为 0，故可以不需要显式的进行初始化的工作。对于其他编译器应该根据情况调整。
//
// memset(cache, 0, sizeof(cache));
//
int first, second, start, end;

while (cin >> first >> second)
{
// 得到给定范围的上下界。
start = min(first, second);
end = max(first, second);

// 查找最大步长值。
int result = 0, steps;
for (int i = start; i <= end; i++)
if ((steps = counter(i)) > result)
result = steps;

// 输出。
cout << first << " " << second << " " << result << endl;
}

return 0;
}