Исполнитель «Делитель» — это абстрактный алгоритмический объект, который выполняет определённые команды, обозначенные в его описании. В данном случае у исполнителя «Делитель» есть две команды, каждая из которых изменяет текущее состояние числа. Эти команды:
Раздели на 2 — уменьшает текущее число в два раза (делит на 2). Команда может быть выполнена только в случае, если текущее число чётное, так как деление нечётного числа на 2 в рамках целых чисел невозможно (в противном случае может возникнуть ошибка или команда будет недоступна).
Вычти 3 — уменьшает текущее число на 3. Эта команда может быть выполнена всегда, независимо от значения числа, так как вычитание 3 из любого целого числа всегда определено.
Принципы работы исполнителя
Исполнитель «Делитель» всегда работает с целыми числами. Выполняя команды, он изменяет значение числа, которое называется текущим состоянием. Действия исполнителя зависят от последовательности команд, которые он выполняет. Существует несколько типов задач, связанных с этим исполнителем:
Типы задач с исполнителем «Делитель»
Преобразование числа в другое
Задача может состоять в том, чтобы, начиная с заданного числа, получить другое заданное число, используя минимальное количество команд или соблюдая определённые ограничения. Например:
- Начальное число: 20.
- Конечное число: 1.
- Необходимо найти последовательность действий (команд), которая преобразует 20 в 1.
Решение:
- Начинаем с 20.
- Выполняем команду «Раздели на 2» → 20 ÷ 2 = 10.
- Снова «Раздели на 2» → 10 ÷ 2 = 5.
- Теперь команда «Раздели на 2» неприменима (5 нечётное число).
- Выполняем «Вычти 3» → 5 − 3 = 2.
- Выполняем «Раздели на 2» → 2 ÷ 2 = 1.
Ответ: последовательность команд — [Раздели на 2, Раздели на 2, Вычти 3, Раздели на 2].
Определение достижимости числа
Здесь нужно выяснить, можно ли, начиная с одного числа, получить другое с помощью данных команд. Например:
- Можно ли из числа 15 получить число 1?
Решение:
- Начальное число: 15.
- Выполняем «Вычти 3» → 15 − 3 = 12.
- Выполняем «Раздели на 2» → 12 ÷ 2 = 6.
- Снова «Раздели на 2» → 6 ÷ 2 = 3.
- Выполняем «Вычти 3» → 3 − 3 = 0.
Ответ: число 1 недостижимо, так как в процессе мы пришли к числу 0.
Оптимизация количества команд
В этой задаче нужно найти минимальное количество шагов, чтобы преобразовать одно число в другое. Например:
- Начальное число: 18.
- Конечное число: 1.
Решение:
- Начинаем с 18.
- «Раздели на 2» → 18 ÷ 2 = 9.
- «Вычти 3» → 9 − 3 = 6.
- «Раздели на 2» → 6 ÷ 2 = 3.
- «Вычти 3» → 3 − 3 = 0.
Ответ: минимальное количество шагов — 4.
Проверка корректности программы
Иногда нужно проверить, выполняет ли программа с определённой последовательностью команд задачу корректно. Например, дана программа:
Раздели на 2
Раздели на 2
Вычти 3
Для числа 24:
- «Раздели на 2» → 24 ÷ 2 = 12.
- «Раздели на 2» → 12 ÷ 2 = 6.
- «Вычти 3» → 6 − 3 = 3.
Программа завершает выполнение, оставляя значение 3. Если конечное значение не совпадает с ожидаемым, программа некорректна.
Алгоритмы решения задач
Для решения задач с исполнителем «Делитель» можно использовать разные подходы:
Жадный алгоритм
Этот метод предполагает применение команд, которые максимально быстро приближают число к целевому. Например, если число чётное, всегда сначала делим на 2. Этот подход не всегда гарантирует минимальное количество шагов.
Обратный перебор
В некоторых случаях удобнее начать с конечного числа и пытаться «восстановить» начальное число, применяя обратные действия:
- Для команды «Раздели на 2» обратное действие — умножение на 2.
- Для команды «Вычти 3» обратное действие — прибавление 3.
Динамическое программирование
Если задача состоит в нахождении минимального количества шагов, можно использовать методы динамического программирования, создавая массив значений и заполняя его минимальными шагами для каждого числа.
Поиск в ширину (BFS)
Эффективный метод для поиска минимального пути от начального числа к конечному. Представляем числа как вершины графа, а команды — как рёбра. Используя BFS, можно найти кратчайшую последовательность команд.
Особенности исполнителя «Делитель»
- Команда «Раздели на 2» ограничена условием чётности числа.
- При выполнении команд число всегда уменьшается, поэтому исполнитель не может работать «в обратную сторону», если только не используется обратный анализ.
- Если начальное число меньше конечного, выполнить задачу невозможно, так как обе команды только уменьшают значение числа. Например, из 5 нельзя получить 10.
Пример задачи
Задача: Сколько различных чисел можно получить из числа 25, если выполнить не более 3 команд?
Решение:
Составим все возможные последовательности команд:
1 команда:
2 команды:
- «Вычти 3» дважды → 25 − 3 − 3 = 19.
- «Вычти 3», затем «Раздели на 2» → 22 ÷ 2 = 11.
3 команды:
- Последовательности продолжения действий.
Ответ можно найти, пошагово перебрав все варианты.
Исполнитель «Делитель» помогает изучать алгоритмы, работать с последовательностями и оптимизацией, а также развивает навыки программирования и логического мышления.