用 Python 解经典数学题

原题如下:
  有一个抢数游戏,其规则是两人轮流报数,每次可以报1 个,2 个,3 个,4个数,但不许不报也不许多报,如果第一个人报1,2 或1,2,3,第二个人接着往下报,然后第一个人接着往下报,以此类推,那么第一个人第一次应该报( )才可能稳抢到1024.

1024,有点陡,我们先换一个小一点的数来分析:

抢“30”游戏,两人从1开始轮流数数,最少数1个数,最多数3个数,谁数到30谁赢,怎么数?

分析(假设其中一个人是我,且我想赢):

  • 如果数到30就赢,且每次只能数1-3个数,那只需要数到26就可以了

  • 当我数到26,此时对方 加上1到3中的任何一个数都到不了30,反而只需要等对方数完后我再走一步就到30了,比如对方数2,就到28我再数个2就到30,对方数3,我数1就到30...
      
    怎样才能走到26呢,想一想:

  • 首先我们观察一下每次报的数:1、2、3,这三个数能不能两两组合成一个固定的数,我们发现,1+3=4, 2+2=4,所以这个固定的组合数就是 4 (自己去多写几个数来找找规律)
    由此得方案:

  • 目标数 30 减去“最多数 3 个数”中的 3,再减 1 得 26

  • 如果 26 能被组合数 4 整除,则只需要对方先出,然后我每次出一个和对方相加和为 4 的数即可,最后我一定能数到 30
      
    但很明显此处的 26 不能被组合数 4 整除,所以:

  • 走第一步时一定要掌握主动权,将 26 钝化为可以被 4 整除的数,即 26 减去我第一步走的数后需要能被 4 整除。

  • 故我要走第一步,且必须数 2 。26 - 2=24, 得到的 24 能被 4 整除

  • 接下来只需要等对方出,(随便出1-3中哪个数),我方只需要出一个和对方数字相加为 4 的数即可胜利! (24/4=6 。即六轮后我就能数到30)

答案:
 我先数,数2;接下来我只需要数一个和对方相加为 4 的数即可我赢、

接下来我们再来分析 1024 这道题:

方案如下:

  • 1024-4-1 = 1019 即只需要拿到1019即可赢

  • 组合数为:4+1 = 5

  • 1019 除不尽组合数 5

  • 故我先数,数4, (1019-4=1015,这样1015才能被5整除)

  • 等对方数,然后我再数一个与对方的数和为5的数即可

接下来我们用 python 来实现:

以下代码直接复制即可运行(python3.7)

import random

def myFunc(n, stepper):
    """
    :参数 n: 目标数
    :参数 stepper: 步进范围(可以走几步的最大值)
    :返回值: (flag,first_num,total_stepper)
            第一个出还是第二个出:flag=1,第一个出;flag = 0第二个出
                如果第一个出:第一次出多少 first_num
                如果第二个出:出的数总和为多少 total_stepper
    """
    total_stepper = stepper + 1  # 组合数
    if n % total_stepper == 0:  #能整除的情况
        print("目标数:{},步进范围:{},组合数:{}".format(n, stepper, total_stepper))
        flag = 0   # 对方先出
        return (flag, 0, total_stepper)
    else:
        v_num = n - stepper - 1  # 拿到v_num就一定能数到目标数
        if v_num % total_stepper == 0:   # v_num能被组合数整除的情况
            flag = 0    # 对方先出
            print("目标数:{}, 步进范围:{}, 组合数:{}, 是否第一个出:{}".format(n, stepper, total_stepper, flag))
            return (flag, 0, total_stepper)
        else:
            flag = 1   # 我方先出
            first_num = v_num % total_stepper    # 我第一次数的数,这个数将v_num钝化为可以被组合数整除的数
            print("目标数:{}, 步进范围:{}, 组合数:{}, 是否第一个出:{}, 出多少:{}".format(n, stepper, total_stepper, flag, first_num))
            return (flag, first_num, total_stepper)

print(myFunc(1024,4))

运行结果截图:


image.png

上面的代码每一行都有注释,结合着上面的分析来看就会很容易了。
最后的返回值为(是否先数,先数多少,组合数为多少)

这个函数可不是只能算1024这一道题哦,以后遇到这一类型的题,我们都可以将我们的的目标数和步进范围输入函数,得到我们想要的答案。

------------ 啦啦啦啦。。。python 在手,妈妈再也不用担心我的数学规律题了! ------------

比如我们马上就可以试一试其他的组合:

例1:
  两个人数数,谁先数到2048谁就胜利,每次可以数1-6中的任一个数。问谁会赢,怎么数?

运行结果为:


image.png

答案为:第一个人赢。第一个人第一次数4,后面只需要数一个与对方的数和为 7 的数即可

例2:
  两个人数数,谁先数到 2019 谁就胜利,每次可以数 1-18 中的任一个数。问谁会赢,怎么数?

运行结果为:


image.png

答案为:第一个人赢。第一个人第一次数5,后面只需要数一个与对方的数和为 19 的数即可

例3
  两个人数数,谁先数到 2020 谁就胜利,每次可以数 1-9 中的任一个数。问谁会赢,怎么数?

运行结果为:


image.png

答案为:第二个人赢。第二个人只需要数一个与第一个人数的数和为 10 的数即可赢

这样的结果是不是还不够友好,那接下来我们再用 python 来模拟一下整个数数过程吧。
先来个温柔一点的数到 30 就可以了。

程序代码如下:

import random

def myFunc(n, stepper):
    total_stepper = stepper + 1  # 组合数
    if n % total_stepper == 0:  #能整除的情况
        flag = 0   # 对方先出
        return (flag, 0, total_stepper)
    else:
        v_num = n - stepper - 1  # 拿到v_num就一定能数到目标数
        if v_num % total_stepper == 0:   # v_num能被组合数整除的情况
            flag = 0    # 对方先出
            return (flag, 0, total_stepper)
        else:
            flag = 1   # 我方先出
            first_num = v_num % total_stepper    # 我第一次数的数,这个数将v_num钝化为可以被组合数整除的数
            return (flag, first_num, total_stepper)


def myTest(n, stepper):
    flag, first_num, total_stepper = myFunc(n, stepper)   #调用myFunc函数得到:是否先数、第一步数多少、组合数
    print((flag, first_num, total_stepper))
    i = 1   # 设定参照数
    cnt = 0  # 数数容器
    while True:
        if flag == 1 and i == 1:
            data = first_num
            people = "我"
        elif flag == i % 2 and i != 1:
            people = "我"
            data = total_stepper - data
        else:
            people = "码小易"
            data = random.randint(1, total_stepper-1)
        cnt += data

        print("{}第{}次出:{}".format(people, i, data))
        if cnt == n:
            break
        i += 1


if __name__ == "__main__":
    myTest(30, 3)

运行结果截图:


image.png

以上即将数数的全过程模拟得清清楚楚了,怎么样,现在来试试1024吧!

例4:
  数到1024赢,每次数1-4中的一个数:

image.png

中间省略了若干行...
image.png

  经过以上两个程序,是不是觉得 python 已经把这道乃至于这一类磨人的数学题都梳理得服服帖帖的了呢,以后再遇到同样的数学难题,大家一定不要忘了用我们的 python 来实现,写几行代码不仅能解决一道绕半天都绕不出来的题,还能直接搞定一个类型的数学题。
  接下来就等着接收来自班里其他同学膜拜的眼神吧!

  笔者会不定时的更新一些跟python相关又和数学相关的一些有趣的程序,喜欢就关注我吧。

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