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【轉】ACM/ICPC Java高精度計算

 ACM/ICPC競賽中會遇到許多高精度計算的題目,比如兩個大整數相加(1111111111111111111111111111111111111111 + 22222343259435894305894301243)。如果我們還采用普通類型比如long long來存儲這些值,是裝不下這麼大的值的了。

我們通常的做法是以字元串的形式儲存值,然後程式設計模拟人的計算過程,例如

X = “111”;

Y = “999”;

X + Y用如下方法計算:

       1     1     1

+     9     9     9

————————

       10    10    10

然後再逐一進位得到“1110”。

減法,乘法,除法都是基于字元串模拟的基礎之上的。

同時Java類庫提供了高精度運算的類java.math.BigInteger和java.math.BigDecimal,這樣我們在比賽時就可以使用這兩個類完成高精度計算的要求。

BigInteger用于任意精度的整數的運算:

例:

BigInteger x = new BigInteger(“11111111111111111111111111111111111111”);

BigInteger y = new BigInteger(“22222343259435894305894301243”);

System.out.println(x .add(y));

BigInteger類:

abs()       傳回其值是此BigInteger的絕對值的BigInteger。

compareTo(BigInteger val) 将此BigInteger與指定的BigInteger進行比較。

divide(BigInteger val)  傳回其值為 (this / val) 的BigInteger。

pow(int exponent)  傳回其值為 (thisexponent) 的BigInteger。

multiply(BigInteger val)  傳回其值為 (this * val) 的BigInteger。

gcd(BigInteger val) 傳回一個 BigInteger,其值是 abs(this) 和 abs(val) 的最大公約數。

subtract(BigInteger val) 傳回其值為 (this - val) 的 BigInteger。

BigDecimal類:

BigDecimal(String val)

          将 BigDecimal 的字元串表示形式轉換為 BigDecimal。

abs()

          傳回 BigDecimal,其值為此 BigDecimal 的絕對值,其标度為 this.scale()。

add(BigDecimal augend)

          傳回一個 BigDecimal,其值為 (this + augend),其标度為 max(this.scale(), augend.scale())。

compareTo(BigDecimal val)

          将此 BigDecimal 與指定的 BigDecimal 比較。

divide(BigDecimal divisor, int scale, int roundingMode)

          傳回一個 BigDecimal,其值為 (this / divisor),其标度為指定标度。

【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【【 

RoundingMode

CEILING

          向正無限大方向舍入的舍入模式。

DOWN

          向零方向舍入的舍入模式。

FLOOR

          向負無限大方向舍入的舍入模式。

HALF_DOWN

          向最接近數字方向舍入的舍入模式,如果與兩個相鄰數字的距離相等,則向下舍入。

HALF_EVEN

          向最接近數字方向舍入的舍入模式,如果與兩個相鄰數字的距離相等,則向相鄰的偶數舍入。

HALF_UP

          向最接近數字方向舍入的舍入模式,如果與兩個相鄰數字的距離相等,則向上舍入。

UNNECESSARY

          用于斷言請求的操作具有精确結果的舍入模式,是以不需要舍入。

UP

          遠離零方向舍入的舍入模式。

setScale(int newScale, RoundingMode roundingMode)

          傳回 BigDecimal,其标度為指定值,其非标度值通過此 BigDecimal 的非标度值乘以或除以十的适當次幂來确定,以維護其總值。

subtract(BigDecimal subtrahend)

          傳回一個 BigDecimal,其值為 (this - subtrahend),其标度為 max(this.scale(), subtrahend.scale())。

divide(BigDecimal divisor, RoundingMode roundingMode)

          傳回一個 BigDecimal,其值為 (this / divisor),其标度為 this.scale()。

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更多的函數請參考javaAPI文檔。

ACM中java的使用

這裡指的java速成,隻限于java文法,包括輸入輸出,運算處理,字元串和高精度的處理,進制之間的轉換等,能解決OJ上的一些高精度題目。

1. 輸入:

格式為:Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

聞說 BufferedReader cin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

快很多,有待驗證

例程:

import java.io.*;

import java.math.*;

import java.util.*;

import java.text.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        int a; double b; BigInteger c; String st;

        a = cin.nextInt(); b = cin.nextDouble(); c = cin.nextBigInteger(); d = cin.nextLine(); //每種類型都有相應的輸入函數.

    }

}

2. 輸出

函數:System.out.print(); System.out.println(); System.out.printf();

System.out.print(); // cout << …;

System.out.println(); // cout << … << endl;

System.out.printf(); //與C中的printf用法類似.

例程:

import java.io.*;

import java.math.*;

import java.util.*;

import java.text.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        int a; double b;

        a = 12345; b = 1.234567;

        System.out.println(a + " " + b);

        System.out.printf("%d %10.5f\n", a, b); //輸入b為字寬為10,右對齊,保留小數點後5位,四舍五入.

    }

}

規格化的輸出:

函數:

// 這裡0指一位數字,#指除0以外的數字(如果是0,則不顯示),四舍五入.

    DecimalFormat fd = new DecimalFormat("#.00#");

    DecimalFormat gd = new DecimalFormat("0.000");

    System.out.println("x =" + fd.format(x));

    System.out.println("x =" + gd.format(x));

3. 字元串處理

java中字元串String是不可以修改的,要修改隻能轉換為字元數組.

例程:

import java.io.*;

import java.math.*;

import java.util.*;

import java.text.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        int i;

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        String st = "abcdefg";

        System.out.println(st.charAt(0)); // st.charAt(i)就相當于st[i].

        char [] ch;

        ch = st.toCharArray(); // 字元串轉換為字元數組.

        for (i = 0; i < ch.length; i++) ch[i] += 1;

        System.out.println(ch); // 輸入為“bcdefgh”.

if (st.startsWith("a")) // 如果字元串以'0'開頭.

        {

            st = st.substring(1); // 則從第1位開始copy(開頭為第0位).

        }

    }

}

4. 高精度

BigInteger和BigDecimal可以說是acmer選擇java的首要原因。

函數:add, subtract, divide, mod, compareTo等,其中加減乘除模都要求是BigInteger(BigDecimal)和BigInteger(BigDecimal)之間的運算,是以需要把int(double)類型轉換為BigInteger(BigDecimal),用函數BigInteger.valueOf().

例程:

import java.io.*;

import java.math.*;

import java.util.*;

import java.text.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        int a = 123, b = 456, c = 7890;

        BigInteger x, y, z, ans;

        x = BigInteger.valueOf(a); y = BigInteger.valueOf(b); z = BigInteger.valueOf(c);

        ans = x.add(y); System.out.println(ans);

        ans = z.divide(y); System.out.println(ans);

        ans = x.mod(z); System.out.println(ans);

        if (ans.compareTo(x) == 0) System.out.println("1");

    }

}

5. 進制轉換

java很強大的一個功能。

函數:

String st = Integer.toString(num, base); //把num當做10進制的數轉成base進制的st(base <= 35).

int num = Integer.parseInt(st, base); //把st當做base進制,轉成10進制的int(parseInt有兩個參數,第一個為要轉的字元串,第二個為說明是什麼進制).  

BigInter m = new BigInteger(st, base); // st是字元串,base是st的進制.

//Added by abilitytao

1.如果要将一個大數以2進制形式讀入可以使用cin.nextBigInteger(2);

當然也可以使用其他進制方式讀入;

2.如果要将一個大數轉換成其他進制形式的字元串使用cin.toString(2);//将它轉換成2進制表示的字元串

例程:POJ 2305

import java.io.*;

import java.util.*;

import java.math.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        int b;

        BigInteger p,m,ans;

        String str ;

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        while(cin.hasNext())

        {

            b=cin.nextInt();

            if(b==0)

                break;

            p=cin.nextBigInteger(b);

            m=cin.nextBigInteger(b);

            ans=p.mod(m);

            str=ans.toString(b);

            System.out.println(str);

        }

    }

}

//End by abilitytao

6. 排序

函數:Arrays.sort();至于怎麼排序結構體,像C++裡寫個cmp的方法,在java還不太清楚,希望有人指點下~~

對下标為0~cnt-1的數組排序:Arrays.sort(a,0,cnt);

對String str字元串排序:char[] array = str.toCharArrays(); 然後Arrays.sort(array); 

例程:

import java.io.*;

import java.math.*;

import java.util.*;

import java.text.*;

public class Main

{

    public static void main(String[] args)

    {

        Scanner cin = new Scanner (new BufferedInputStream(System.in));

        int n = cin.nextInt();

        int a[] = new int [n];

        for (int i = 0; i < n; i++) a[i] = cin.nextInt();

        Arrays.sort(a);

        for (int i = 0; i < n; i++) System.out.print(a[i] + " ");

    }

}

7. POJ高精度題目彙總:

POJ 1131 1205 1220 1405 1503 1604 1894 2084 2305 2325 2389 2413 3101 3199

轉自:http://hi.baidu.com/czyuan_acm/blog/item/d0bf7a439d90d21b72f05d69.html

acm中Java的應用

Chapter I.

Java的優缺點各種書上都有,這裡隻說說用Java做ACM-ICPC的特點:

(1) 最明顯的好處是,學會Java,可以參加Java Challenge    :)

(2) 對于熟悉C/C++的程式員來說,Java并不難學,找本書,一兩周業餘時間就可以搞定了。當然,這裡隻是指一般程式設計,想熟悉所有的Java庫還是需要些時間的。

      事實上,Java隻相當于C++的一個改進版,所有的文法都幾乎是C++的,很少有變動。

(3) 在一般比賽中,Java程式會有額外的時間和空間,而實際上經過實驗,在執行計算密集任務的時候Java并不比C/C++慢多少,隻是IO操作較慢而已。

(4) Java 簡單而功能強大,有些東西用Java實作起來更為友善,比如高精度。

(5) 用Java不易犯細微的錯誤,比如C/C++中的指針,“if (n = m) ...”等

(6) 目前來看Eclipse已成基本配置,寫Java程式反而比C/C++更友善調試。在具體競賽時也算多一種選擇。

(7) 學會Java對以後工作有好處。現在國外很多地方會Java的人比會C/C++的人多。

(8) 會Java可以使你看起來更像偶蹄類動物(牛)      hoho~

Chapter II.

下面說一下ACM-ICPC隊員初用Java程式設計所遇到的一些問題:

1. 基本輸入輸出:

(1)

JDK 1.5.0 新增的Scanner類為輸入提供了良好的基礎,簡直就是為ACM-ICPC而設的。

一般用法為:

import java.io.*

import java.util.*

public class Main

{

      public static void main(String args[])

      {

          Scanner cin = new Scanner(new BufferedInputStream(System.in));

          ...

      }

}

當然也可以直接 Scanner cin = new Scanner(System.in);

隻是加Buffer可能會快一些

(2)

讀一個整數:    int n = cin.nextInt();         相當于    scanf("%d", &n);   或 cin >> n;

讀一個字元串:String s = cin.next();         相當于    scanf("%s", s);      或 cin >> s;

讀一個浮點數:double t = cin.nextDouble();   相當于    scanf("%lf", &t);或 cin >> t;

讀一整行:      String s = cin.nextLine();     相當于    gets(s);           或 cin.getline(...);

判斷是否有下一個輸入可以用 cin.hasNext()或 cin.hasNextInt()或 cin.hasNextDouble()等,具體見 TOJ 1001例程。

(3)

輸出一般可以直接用 System.out.print()和 System.out.println(),前者不輸出換行,而後者輸出。

比如:System.out.println(n);    // n為 int型

同一行輸出多個整數可以用

      System.out.println(new Integer(n).toString() + " " + new Integer(m).toString());

也可重新定義:

static PrintWriter cout = new PrintWriter(new BufferedOutputStream(System.out));

cout.println(n);

(4)

對于輸出浮點數保留幾位小數的問題,可以使用DecimalFormat類,

import java.text.*;

DecimalFormat f = new DecimalFormat("#.00#");

DecimalFormat g = new DecimalFormat("0.000");

double a = 123.45678, b = 0.12;

System.out.println(f.format(a));

System.out.println(f.format(b));

System.out.println(g.format(b));

這裡0指一位數字,#指除0以外的數字。

2. 大數字

BigInteger 和 BigDecimal 是在java.math包中已有的類,前者表示整數,後者表示浮點數

用法:

不能直接用符号如+、-來使用大數字,例如:

(import java.math.*)    // 需要引入 java.math 包

大整數與大實數指派

BigInteger a = BigInteger.valueOf(100);  相當于BigInteger a = new BigInteger("100")  //有雙引号的!

BigInteger b = BigInteger.valueOf(50);

BigDecimal c = new BigDecimal(1);

主要有以下方法可以使用:

BigInteger add(BigInteger other)

BigInteger subtract(BigInteger other)

BigInteger multiply(BigInteger other)

BigInteger divide(BigInteger other)

BigInteger mod(BigInteger other)

int compareTo(BigInteger other)

static BigInteger valueOf(long x)

輸出大數字時直接使用 System.out.println(a)即可。

3. 字元串

String 類用來存儲字元串,可以用charAt方法來取出其中某一位元組,計數從0開始:

String a = "Hello";      // a.charAt(1) = ’e’

用substring方法可得到子串,如上例

System.out.println(a.substring(0, 4))      // output "Hell"

注意第2個參數位置上的字元不包括進來。這樣做使得 s.substring(a, b)總是有 b-a個字元。

字元串連接配接可以直接用 +号,如

String a = "Hello";

String b = "world";

System.out.println(a + ", " + b + "!");      // output "Hello, world!"

如想直接将字元串中的某位元組改變,可以使用另外的StringBuffer類。

4. 調用遞歸(或其他動态方法)

在主類中 main 方法必須是 public static void 的,在 main 中調用非static類時會有警告資訊,

可以先建立對象,然後通過對象調用方法:

public class Main

{

      ...

      void dfs(int a)

      {

          if (...) return;

          ...

          dfs(a+1);

      }

      public static void main(String args[])

      {

          ...

          Main e = new Main();

          e.dfs(0);

          ...

      }

}

5. 其他注意的事項

(1) Java 是面向對象的語言,思考方法需要變換一下,裡面的函數統稱為方法,不要搞錯。

(2) Java 裡的數組有些變動,多元數組的内部其實都是指針,是以Java不支援fill多元數組。

      數組定義後必須初始化,如int[] a = new int[100];

(3) 布爾類型為 boolean,隻有true和false二值,在 if (...) / while (...)等語句的條件中必須為boolean類型。

      在C/C++中的 if (n % 2) ...在Java中無法編譯通過。

(4) 下面在java.util包裡Arrays類的幾個方法可替代C/C++裡的memset、qsort/sort和 bsearch:

Arrays.fill()

Arrays.sort()

Arrays.binarySearch() 

轉自:http://hi.baidu.com/oak_wesley/blog/item/35839200fd9dc10e1d9583de.html

//PKU 1001 //計算R^N,R為浮點數

import java.io.*; import java.math.*; import java.util.*; import java.text.*;

public class Main {

public static void main(String[] args) {
Scanner cin=new Scanner(System.in); while(cin.hasNext()) {
BigDecimal x=cin.nextBigDecimal(); BigDecimal y=BigDecimal.valueOf(1.0); int n=cin.nextInt(); for(int i=1;i<=n;i++) y=y.multiply(x); String out=new String(y.toPlainString()); boolean flag=false; int q=out.length()-1; //去掉前導零 while(out.charAt(q)=='0') q--; if (out.charAt(q)=='.') q--; int p=0; //去掉小數點後多餘的零 while(out.charAt(p)=='0') p++; for(int i=p;i<=q;i++) System.out.print(out.charAt(i)); System.out.println();
}
}

} ---------------------------------------------------------------------------------- Java 檔案讀入 可用于ACM調試

1,普通 console IO

Scanner cin = new Scanner(System.in);

PrintWriter out=new PrintWriter(System.out,true);

PS: 有更快的 IO 方法,在大量輸入時,可快10倍以上

BufferedReader cin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

如果需要 讀到檔案尾,可:

tree=cin.readLine();

   while(tree!=null)

   {

}

2, 檔案 IO

Scanner cin = new Scanner( new File("test.in") );

BufferedReader cin = new BufferedReader( new FileReader("test.in") );

PrintWriter out=new PrintWriter( "test.out" );

預設的檔案位址在,工程下