Złożoność liczb całkowitych

Twoim zadaniem jest napisanie programu, który na wejściu n wypisze w kolejności minimalne wyrażenie każdej liczby od 1 do n. Najkrótszy program w bajtach wygrywa.

Minimalne wyrażenie łączy jedynki z dodawaniem i mnożeniem w celu uzyskania podanej liczby, używając jak najmniejszej liczby jedynek. Na przykład 23wyraża się tak, jak 23=((1+1+1)(1+1)+1)(1+1+1)+1+1jedenaście, co jest minimalne.

Wymagania:

Program musi przyjąć jako dane wejściowe dodatnią liczbę naturalną n.
Dane wyjściowe muszą być w tym formacie: 20 = ((1+1+1)(1+1+1)+1)(1+1)
Twój wynik może nie zawierać niepotrzebnych nawiasów, takich jak 8 = ((1+1)(1+1))(1+1).
Znak mnożenia *jest opcjonalny.
Miejsca są opcjonalne.
Nie musisz wyprowadzać wszystkich możliwych równań dla danej wartości: Na przykład masz wybór, aby wyprowadzić 4=1+1+1+1lub 4=(1+1)(1+1). Nie musisz generować obu.
Wygrywa najkrótszy program (w bajtach) w każdym języku.

1 = 1
2 = 1 + 1
3 = 1 + 1 + 1
4 = 1 + 1 + 1 + 1
5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1
6 = (1 + 1 + 1) (1 + 1)
7 = (1 + 1 + 1) (1 + 1) +1
8 = (1 + 1 + 1 + 1) (1 + 1)
9 = (1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1)
10 = (1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1) +1
11 = (1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1) + 1 + 1
12 = (1 + 1 + 1) (1 + 1) (1 + 1)
13 = (1 + 1 + 1) (1 + 1) (1 + 1) +1
14 = ((1 + 1 + 1) (1 + 1) +1) (1 + 1)
15 = (1 + 1 + 1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1)
16 = (1 + 1 + 1 + 1) (1 + 1) (1 + 1)
17 = (1 + 1 + 1 + 1) (1 + 1) (1 + 1) +1
18 = (1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1) (1 + 1)
19 = (1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1) (1 + 1) +1
20 = ((1 + 1 + 1) (1 + 1 + 1) +1) (1 + 1)

Oto kilka przypadków testowych: (pamiętaj, że dozwolone są również inne wyrażenia o tej samej liczbie 1)

157=((1+1+1)(1+1)(1+1)+1)(1+1+1)(1+1)(1+1)+1

444=((1+1+1)(1+1+1)(1+1)(1+1)+1)(1+1+1)(1+1)(1+1)

1223=((1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)+1)(1+1+1+1+1)+1+1+1

15535=((((1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)+1)((1+1+1)(1+1)+1)+1)(1+1+1)+1)(1+1+1)(1+1+1)+1

45197=((((1+1+1)(1+1)(1+1)(1+1)+1)(1+1+1+1+1)(1+1)+1)(1+1+1)(1+1)(1+1)+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1)+1+1

Powodzenia! - Żółw 🐢

code-golf math arithmetic

— Żółw
źródło

1) Twój punkt 6 nie jest ukończony (brakuje przykładowego wyniku dla n=20) i 2) mówisz na początku, że złożoność liczb całkowitych, która jest różna od równania, musi być wyprowadzona, ale nie włączasz tego w dowolny z przykładów oprócz pierwszego.

— El'endia Starman

Nadal nie jestem pewien. Czy po prostu wyprowadzasz równanie?

— xnor

Tak. Złożoność liczb całkowitych nie powinna być wyprowadzana. Wyjaśnię to również. Przepraszam za błędy. :(

— The Turtle,

Ups, powiedziałem punkt 6, kiedy powinienem był powiedzieć punkt 5, na twojej liście wymagań. Co do drugiego problemu, dziękuję za jego naprawienie. :)

— El'endia Starman

Powiązane: oeis.org/A005245 oeis.org/A061373 i wreszcie oeis.org/A091333

— flawr

Odpowiedzi:

Pyth, 60 bajtów

LjWqeb\1b`()L?tbho/N\1++'tb"+1"m+y'/bdy'df!%bTr2b1VSQ++N\='N

Demonstracja

Kompilator online może osiągnąć 1223 przed upływem czasu, dzięki automatycznemu zapamiętywaniu funkcji Pytha.

1223=((1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)+1)(1+1+1+1+1)+1+1+1

W skrócie,

1223=(3^5+1)*5+3

Korzysta z funkcji rekurencyjnej ', która oblicza wszystkie możliwe produkty i sumy, które mogłyby dać pożądany wynik, wyszukuje najkrótszy ciąg przy każdej końcowej operacji, a następnie porównuje je według 1liczby i zwraca pierwszą.

Wykorzystuje funkcję pomocniczą y, która nawiasuje wyrażenie tylko wtedy, gdy trzeba go nawiasować.

W trybie offline uruchamiam program z danymi wejściowymi 15535i jest on prawie ukończony. Wyniki są drukowane przyrostowo, więc łatwo jest zobaczyć postęp.

Ostatnie linie wyniku:

15535=((((1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)+1)((1+1+1)(1+1)+1)+1)(1+1+1)+1)(1+1+1)(1+1+1)+1

real    7m8.430s
user    7m7.158s
sys 0m0.945s

Skróconą notacją

15535=(((3^4+1)*(3*2+1)+1)*3+1)*3^2+1

— isaacg
źródło

CJam, 105 102 98 96 bajtów

q~{)'=1$2,{:I{I1$-'+}%3/1>Imf'*+aImp!*+{)\{j}%\+}:F%{e_"+*"-:+}$0=}j2,{F)_'*={;{'(\')}%1}&*}jN}/

Wypróbuj online w interpretatorze CJam .

Testowe uruchomienie

Tłumacz online jest zbyt wolny dla większych przypadków testowych. Nawet w przypadku interpretera Java większe przypadki testowe zajmą dużo czasu i będą wymagały znacznej ilości pamięci.

$ time cjam integer-complexity.cjam <<< 157
1=1
2=1+1
3=1+1+1
4=1+1+1+1
5=1+1+1+1+1
6=(1+1)(1+1+1)
7=1+(1+1)(1+1+1)
8=(1+1)(1+1)(1+1)
9=(1+1+1)(1+1+1)
10=1+(1+1+1)(1+1+1)
11=1+1+(1+1+1)(1+1+1)
12=(1+1)(1+1)(1+1+1)
13=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)
14=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
15=(1+1+1)(1+1+1+1+1)
16=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
17=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
18=(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
19=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
20=(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)
21=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
22=1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
23=1+1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
24=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
25=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
26=(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
27=(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
28=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
29=1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
30=(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
31=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
32=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
33=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
34=(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
35=(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
36=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
37=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
38=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
39=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
40=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)
41=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)
42=(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
43=1+(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
44=(1+1)(1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
45=(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
46=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
47=1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
48=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
49=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
50=(1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
51=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
52=(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
53=1+(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
54=(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
55=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
56=(1+1)(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
57=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
58=1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
59=1+1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
60=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
61=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
62=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
63=(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
64=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
65=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
66=(1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
67=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
68=(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
69=1+(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
70=(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
71=1+(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
72=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
73=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
74=(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
75=(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
76=(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
77=1+(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
78=(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
79=1+(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
80=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)
81=(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
82=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
83=1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
84=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
85=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
86=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)))
87=(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1))
88=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
89=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
90=(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
91=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
92=1+1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
93=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
94=1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
95=(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
96=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
97=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)
98=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1+1))
99=(1+1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
100=(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
101=1+(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
102=(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
103=1+(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
104=(1+1)(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
105=(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
106=1+(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
107=1+1+(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
108=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
109=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
110=1+1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)
111=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
112=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
113=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
114=(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
115=1+(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
116=(1+1)(1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1))
117=(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
118=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
119=(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
120=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
121=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
122=(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
123=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1))
124=(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
125=(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
126=(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
127=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
128=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
129=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)
130=(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
131=1+(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
132=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))
133=(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
134=1+(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
135=(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
136=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
137=1+1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)
138=(1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)))
139=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)))
140=(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
141=1+(1+1)(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))
142=(1+1)(1+(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)))
143=(1+1+(1+1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
144=(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
145=1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1)
146=(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
147=(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1+1))
148=(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
149=1+(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
150=(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
151=1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+1+1+1+1)
152=(1+1)(1+1)(1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
153=(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
154=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1))
155=(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1)(1+1+1+1+1))
156=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))
157=1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1))

real    0m3.896s
user    0m4.892s
sys     0m0.066s

Mając wystarczająco dużo czasu, opracowałoby te rozwiązania dla następnych przypadków testowych:

444=(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))
1223=1+1+(1+1+1)(1+1+(1+1+1)(1+1+1))(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+1+1))

— Dennis
źródło

Jak to działa?

— flawr

@flawr Wciąż mam nadzieję na grę w golfa jeszcze bardziej. Dodam wyjaśnienie, kiedy skończę / zrezygnuję.

— Dennis,

Julia, 229 bajtów

n->(F=i->K[i]>0?E[i]:"("E[i]")";C=[1;3:n+1];K=0C;E=fill("1",n);for s=1:n for i=1:s÷2 (D=C[i]+C[s-i])<C[s]?(C[s]=D;E[s]=E[i]"+"E[s-i];K[s]=0):s%i>0||(D=C[i]+C[j=s÷i])<C[s]&&(C[s]=D;E[s]=F(i)F(j);K[s]=1)end;println("$s="E[s])end)

To jest naprawdę dość szybkie. Przypisanie fi uruchomienie funkcji @time f(15535)daje wynik (tylko dwa ostatnie wiersze)

15535=1+(1+1+1)(1+1+1)(1+(1+1+1)(1+(1+(1+1)(1+1+1))(1+(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1)(1+1+1))))
32.211583 seconds (263.30 M allocations: 4.839 GB, 4.81% gc time)

i za @time f(45197)to daje

45197=1+1+(1+1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1+1)(1+(1+1)(1+1+1+1+1)(1+(1+1)(1+1)(1+1)(1+1+1))))
289.749564 seconds (2.42 G allocations: 43.660 GB, 4.91% gc time)

Co robi kod? Prosty - Czawiera bieżącą Cliczbę dla liczby, Kjest tablicą wskaźników śledzącą, czy wyrażenie jest zasadniczo sumą lub iloczynem, do celów obsługi nawiasów, i Eprzechowuje Esam xpression. Od czasu s=1do nczasu kod wyszukuje minimalną reprezentację liczby sw kategoriach niższych wartości, szukając sumy lub produktu. Jeśli jest to produkt, sprawdza dwa składniki i umieszcza wokół nich nawiasy, jeśli są sumami. Sprawdzanie odbywa się w funkcji F, aby zaoszczędzić bajty (ponieważ należy to zrobić dwukrotnie, dla dwóch czynników).

— Glen O
źródło