X进制转十进制黄金万能算法

news2024/11/25 1:03:42

单纯、混合进制通吃,真正的黄金万能的进制转换方法。


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            —— 华罗庚


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单纯、混合进制通吃
X进制转十进制黄金万能算法
(真正的黄金万能的进制转换方法)


本文质量分:

92
本文地址: https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/130168776

CSDN质量分查询入口:http://www.csdn.net/qc


目 录

  • ◆X进制转换十进制黄金万能算法
    • 0、“算法”诞生的契机
    • 1、X 进制减法
      • 1.0 问题描述
      • 1.1 解题思路
      • 1.2 我入了常规进制的“坑”
        • 1.2.1 手动演算
        • 1.2.2 自拟代码演算
        • 1.2.3 Python内置转整函数 int() 演算
      • 1.3 我“醒豁”了
      • 1.4 X进制转十进制的“黄金算法”——万能算法
      • 1.5 求得正解😎
    • 2、“黄金”万能算法解析
      • 2.1 进制转换的基本“原理”(常规)
      • 2.2 确定数位倍率
      • 2.3 数位数值与对应倍率配对
    • 3、我的感悟
    • 4、我曾经记下的稚嫩进制转换笔记


◆X进制转换十进制黄金万能算法


0、“算法”诞生的契机


  我在用 Python 代码“抽丝剥茧”十三届蓝桥杯省赛 C/C++大学 B 组赛题第五题时,对于算法“始终不得要领”,后摸索求着得正解,但所用“算法”原理,连我自己都不能明了。我本着一贯爱钻牛角尖尖的“精神”,对其“日夜相思”,最终不负所“爱”,窃得“黄金万能”的进制转换“算法”。
  本着“好东西不敢私藏”的一贯“追求”,留此博文笔记,以资共享。
😜😜🤪🤪


  如果想对我要讲的“算法”,有更明晰的理解基础,可以接下来先看看 十三届蓝桥杯省赛 C/C++大学 B 组赛题第五题:“ X 进制减法” 的解题过程,沉入我当时“不得要领”的混沌时空,一个不小心就可能开启您的顿悟,比我更快明白“黄金万能”进制转换算法哩。🤗


  当然,您也可以点击跳转直接略过。


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1、X 进制减法

1.0 问题描述

  进制规定了数字在数位上逢几进一。
  X 进制是一种很神奇的进制,因为其每一数位的进制并不固定!例如说某种 X 进制数,最低数位为二进制,第二数位为十进制,第三数位为八进制,则 X 进制数 3 2 1 转换为十进制数为 65 。
  现在有两个 X 进制表示的整数 A 和 B,但是其具体每一数位的进制还不确定,只知道 A 和 B 是同一进制规则,且每一数位最高为 N 进制, 最低为二进制。请你算出 A−B 的结果最小可能是多少。
  请注意:你需要保证 A 和 B 在 X 进制下都是合法的,即每一数位上的数字要小于其进制。

  • 输入格式

  第一行一个正整数 N,含义如题面所述。
  第二行一个正整数 Ma​,表示 X 进制数 A 的位数。
  第三行 Ma​ 个用空格分开的整数, 表示 X 进制数 A 按从高位到低位顺序各个数位上的数字在十进制下的表示。
  第四行一个正整数 Mb​, 表示 X 进制数 B 的位数。
  第五行 Mb​ 个用空格分开的整数,表示 X 进制数 B 按从高位到低位顺序各个数位上的数字在十进制下的表示。
  请注意:输入中的所有数字都是十进制的。

  • 输出格式

  输出一行一个整数,表示 X 进制数 A−B 的结果的最小可能值转换为十进制后再模 1000000007 的结果。

  • 样例

输入
11
3
10 4 0
3
1 2 0

输出
94

  • 样例说明

  当进制为:最低位 2 进制,第二数位 5 进制, 第三数位 11 进制时,减法得到的差最小。此时 A 在十进制下是 108,B 在十进制下是 14,差值是 94。

  • 评测用例规模与约定

对于 30% 的数据, N ≤ 10; Ma, Mb ≤ 8;
对于 100% 的数据,2 ≤ N ≤ 1000; 1 ≤ Ma, Mb ≤ 100000; A ≥ B.

  • 运行限制

最大运行时间:1s
最大运行内存:256M

1.1 解题思路


  据题意,要使X进制整数 a - b 的值最小,则被减数 a 要用合适的“进制序列”令其值最小。依“满则向左边高位进 1 ”(进制规定了数字在数位上逢几进一)的进制规则可知,X进制整数 a ,每个数位都处于进位临界值——比进制小 1 ——时,其值最小。因而 a 的“最适”进制序列即为对应数位上的值 + 1 ,b 的进制依 a ( A 和 B 是同一进制规则)按 a 的进制序列求出 a、b 的十进制值,返回差值。


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1.2 我入了常规进制的“坑”


  常规进制求值(十进制值)算法,从低位到高位,依次求取“数位值×进制^数位索引”,如:
十进制整数:“2 0 5” = 5×10^0 + 0×10^1 + 2×10^2 = 5 + 0 + 200
二进制整数:“1 1 1” = 1×2^0 + 1×2^1 + 1×2^2 = 1 + 2 + 4


  题目中说,“例如说某种 X 进制数,最低数位为二进制,第二数位为十进制,第三数位为八进制,则 X 进制数 321 转换为十进制数为 65 。”

十进制数位值 3 2 1
X 进制序列 8 10 2
其十进制值 1 + 2×2^1 + 3×10^2 = 1 + 4 + 300

  X进制整数“3 2 1”怎么不是 65 而是 305 ?照此“逻辑”,“10 4 0”、“1 2 0”也得不出 108 和 14 !!


a 十进制数位值 10 4 0
X 进制序列 11 5 2
其十进制值 0 + 4×2^1 + 10×5^2 = 0 + 8 + 250
b 十进制数位值 1 2 0
其十进制值 0 + 2×2^1 + 1×5^2 = 0 + 4 + 25


求X进制整数十进制值的函数 (按常规进制——“单纯”进制,各数位仅有一种进制的整数算法)

def get_value(name: str, x: str, x_n: int, multiples: list) -> int: # 返回十进制整数。
    ''' 求X进制数的十进制值(算法入坑,不对) '''
    result = 0
    print(f"\n{name}进制整数:'{x}'\n{'':~^50}\n")    
    x = list(map(int, x.split())) # 列表解析将字符串数字转换整型。
    x = [x.pop() for i in x[:]] # 列表解析倒置X进制整数序列。
    multiples = [1] + [multiples[i-1] for i in range(x_n, 0, -1)] # 切片倒置X进制列表。
    #input((x, multiples)) # 调试用语句。
    result = 0 # 结果初值。
    
    for index,i in enumerate(zip(x, multiples)):
        result += i[0]*i[1]**index
        print(f"进制:{i[1] if index else 'None'},倍率:{i[1]**index},数位/值:{index+1}/{i[0]},十进制值:{i[0]*i[1]**index}")
    
    print(f"\n{name}进制整数的十进制值是:{result}\n{'':~^50}")    
    return result


代码运行效果截屏
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述


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  以计算X进制整数“222”,从3进制到11进制的十进制值来进行“算法”验证:

1.2.1 手动演算

十进制数位值 2 2 2
X 进制序列 3 3 3
其十进制值 2×3^0 + 2×3^1 + 2×3^2 = 2 + 6 + 18

X 进制序列 11 11 11
其十进制值 2×11^0 + 2×11^1 + 2×11^2 = 2 + 22 + 242


1.2.2 自拟代码演算

  • 代码演算一 (调用自码X进制求值——十进制——函数 get_value() )

if __name__ == '__main__':

    x_s = '2 2 2'
    print(f"\n X 进制整数“{x_s}”,分别是 3~11 进制时的十进制值:\n{'':~^50}\n")
    
    for i in range(3, 12):
        get_value(str(i), x_s, 3, [i]*3)

代码演算截屏
在这里插入图片描述


1.2.3 Python内置转整函数 int() 演算

  • 代码演算二 (Python的字符型数字转整型函数int())
/sdcard/qpython $ python
Python 3.11.1 (main, Dec  7 2022, 05:56:18) [Clang 14.0.6 (https://android.googlesource.com/toolchain/llvm-project 4c603efb0 on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
>>> s = '222'
>>> for i in range(3, 12):
...     print(f" {i} 进制整数 '{s}' 的十进制值:{int(s, i)}")
...
 3 进制整数 '222' 的十进制值:26
 4 进制整数 '222' 的十进制值:42
 5 进制整数 '222' 的十进制值:62
 6 进制整数 '222' 的十进制值:86
 7 进制整数 '222' 的十进制值:114
 8 进制整数 '222' 的十进制值:146
 9 进制整数 '222' 的十进制值:182
 10 进制整数 '222' 的十进制值:222
 11 进制整数 '222' 的十进制值:266
>>>

  经Python转整函数 int() 验证,“我的算法”对于单一进制的正整数,是完全“正确的”。但这常规进制“算法”,对混合进制数位的X进制整数为什么就无效了呢?🤨


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1.3 我“醒豁”了


  经过细心观察省度,我“窥得门径”,代码可以正确求取X进制整数的十进制值了——


def get_value(name: str, x: str, x_n: int, multiples: list) -> int: # 返回十进制整数。
    ''' 求X进制数的十进制值(破坑而出还是坑) '''
    result = 0
    print(f"\n{name}进制整数:'{x}'\n{'':~^50}")    
    x = list(map(int, x.split())) # 列表解析将字符串数字转换整型。
    x = [x.pop() for i in x[:]] # 列表解析倒置X进制整数序列。
    multiples = [1] + [multiples[i-1] for i in range(x_n, 0, -1)] # 切片倒置X进制列表。
    result = 0 # 结果初值。
    
    for index,i in enumerate(zip(x, multiples)):

        if index == 0:
            result += i[0]
        else:
            result += i[0]*(i[1]*index)

        print(f"进制:{i[1] if index else 'None'},倍率:{i[1]*index if index else 1},数位/值:{index+1}/{i[0]},十进制值:{i[0]*index}")
    
    print(f"\n{name}进制整数的十进制值是:{result}\n{'':~^50}")    
    return result

得出了X进制整数解析十进制值的正确结果😁
在这里插入图片描述


  但算法似乎“没有依仗”,我自己都不能自圆其说。🤣
  且这算法仅可解析混合多进制数位的X进制整数,对常规单一进制整数无效。
  但我理不清“算法思想”,这醒豁是个伪命题。😂且调用函数处理前面列举的“2 2 2”字符解析分别为3~11进制时,对应的十进制值,是不正确的。
在这里插入图片描述


这“算法”不真!!还待考究。

  我这是根本就没有拨开迷雾,走出跌入的坑。🧐🧐


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1.4 X进制转十进制的“黄金算法”——万能算法


  经过对算法反复推敲,仔细示例验证,终究是得出了适用常规和刁钻的进制组合整数能吃的“黄金万能”算法。😎😎
  先丢出转换函数代码,然后再 逐一剖析“注释”代码。

转换函数代码


def get_value(name: str, x: str, x_n: int, multiples: list) -> int: # 返回十进制整数。
    ''' 求 X 进制整数的十进制值(“真算法”) '''
    result = 0
    print(f"\n {name} 进制整数:'{x}'\n{'':~^50}")    
    x = list(map(int, x.split())) # 列表解析将字符串数字转换整型。
    x = [x.pop() for i in x[:]] # 列表解析倒置X进制整数序列。
    multiples = ['None'] + [multiples[i-1] for i in range(x_n, 0, -1)] # 切片倒置X进制列表,并前补一项 1 。
    result = 0 # 结果初值。
    
    for index,i in enumerate(zip(x, multiples)):

        if index == 0:
            result += i[0]
            multiple = 1
        else:
            multiple *= i[1]
            result += i[0]*multiple

        print(f"进制:{i[1] if index else 'None'},倍率:{multiple},数位/值:{index+1}/{i[0]},十进制值:{i[0]*multiple}")
    
    print(f"\n{'十进制值:':>18}{result}\n{'':~^50}")    
    return result

重算前面的例子:
在这里插入图片描述

本题目中的三个X进制整数:“3 2 1”、“10 4 0”、“1 2 0”
在这里插入图片描述

  由截屏图片可鉴,不管是学“常规进制”还是刁钻的 X 进制整数,调用“万能黄金算法”函数,都可以得到正确的十进制值。😎😎
  嚯!!还真没白瞎我对此题目的“日思夜想”😜😜(欲了解算法详情,请点按蓝色文字跳转翻阅)


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1.5 求得正解😎


调用函数求解代码


if __name__ == '__main__':

    print(f"\nV、X进制减法\n{'':~^50}")
    s = '''
11
3
10 4 0
3
1 2 0
'''

    print(f"\n输入:{s}")
    input_s =[int(i) if i.isdigit() else i for i in s.split('\n')[1:-1]]
    print(f"\n\n输出:\n{x_subtraction(input_s)}")

运行效果截图(我已打印出运算过程,对算法就不再作讲解,欲了解算法解析,请点按蓝色文字跳转翻阅)
在这里插入图片描述

(欲了解 算法解析,请点按蓝色文字跳转翻阅)


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2、“黄金”万能算法解析


2.1 进制转换的基本“原理”(常规)


进制转换的基本“原理”:

  • 依次求取每个数位的数值,取其总和,即是所要求取的最终结果。
  • 为方便代码操作,一般从低位到高位遍历轮询。
  • 为方便遍历轮询操作,一般先将高低数位倒置。
    可以用负数步长切片或者 list.pop() 模拟栈弹出来实现整数数位“倒置”。
    如对 X 进制整数 “3 2 1” 倒置:

负数步长切片

>>>
>>> s = '3 2 1'.split()
>>> n = len(s)
>>> s1 = [s[i] for i in range(-1, -n-1, -1)]
>>> s1
['1', '2', '3']
>>>

list.pop()

>>> s = '3 2 1'.split()
>>> s2 = [s.pop() for i in s[:]]
>>> s2
['1', '2', '3']
>>>

  “倒置”原理:负数步长遍历轮询,即是从后往前取序列元素;list.pop() 默认返回删除的最后一个列表元素(给定下标参数则返回删除的指定下标元素)

2.2 确定数位倍率


  要求得各数位上十进制对应数值,只要求得数位倍率,与数位上的数字相乘之积,即为当前数位的对应的十进制值。

“纯”进制整数:
在这里插入图片描述
“ X ”进制整数:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 最低位的倍率都是“ 1 ”。
    如前面列举的单纯进制整数示例,最低位倍率为进制的0次幂,即 1 ( 0 以外的任何数的 0 次幂都是 1 )。最低位十进制值就等于数位数字。算法代码如下:

    for index,i in enumerate(zip(x, multiples)):

        if index == 0:
            result += i[0]

  • 次低位的进制倍率为最低位进制。

    for index,i in enumerate(zip(x, multiples)):

        if index == 0:
            result += i[0]
            multiple = i[1]

  • 其余数位进制倍率为比其低的数位不含本数位进制)所有进制之积。
    如紧邻次低位的第三数位,其倍率为 最低位进制 × 次低位进制,如代码:

        else:
            multiple *= i[1]
            result += i[0]*multiple

2.3 数位数值与对应倍率配对

  不难发现,我们要计算的数位数值与数位进制错开一个数位,这给代码实现造成了障碍。数位数值(数位数字)与对应的数位倍率配对,才可以方便计算。
  这难不倒有准备的人,用 list.insert() 方法或者 + 运算符(列表连接运算符),可以达成目的。
在这里插入图片描述


  经“命令行模式”试炼, list.insert() 方法与“ + ” list 列表连接运算符效果相同,但后者语法更为简洁明了。

/sdcard/qpython $ python
Python 3.11.1 (main, Dec  7 2022, 05:56:18) [Clang 14.0.6 (https://android.googlesource.com/toolchain/llvm-project 4c603efb0 on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
>>> s = '3 2 1'
>>> s = list(map(int, s.split()))
>>> s = [s.pop() for i in s[:]] # 数位倒置。
>>> multiples1 = ['None'] + [2, 10, 8] # 进制序列 已倒置。
>>>
>>> multiples2 = [2, 10, 8]
>>> multiples2.insert(0, 'None')
>>>
>>> multiples1, multiples2
(['None', 2, 10, 8], ['None', 2, 10, 8])
>>>

zip() 函数实施数位数值与计算“适用”进制配对

>>>
>>> temp = list(zip(s, multiples1))
>>> temp2 = list(zip(s, multiples2))
>>> temp, temp2
([(1, 'None'), (2, 2), (3, 10)], [(1, 'None'), (2, 2), (3, 10)])
>>>

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3、我的感悟


  “代码是程序的身躯,算法是程序的灵魂”,选择最适算法,才会让程序更具灵性。
  比如本笔记前面的示例:纯进制整数,可以进制幂次方也可以选择乘积,但混合 X 进制整,却不可以选择那种“不可名状”的算法,虽然也可以结果正确。


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4、我曾经记下的稚嫩进制转换笔记


  1. 十六进制字符串转Python代码(utf-8字符串转十六进制字符串)
    ( 1810 阅读)
    地址:https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/126336904
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    本篇博文笔记于 2022-08-14 22:12:32 首发,最晚于 2022-08-24 09:16:59 修改。
  2. 练习:自撸整数进制转换器(二、八、十六进制转十进制)
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    地址:https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/123079272
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    本篇博文笔记于 2022-02-22 22:52:14 首发,最晚于 2022-02-23 11:55:52 修改。


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我的HOT博:

  本次共计收集 196 篇博文笔记信息,总阅读量 30.94w,平均阅读量 1578。已生成 18 篇阅读量不小于 3000 的博文笔记索引链接。数据采集于 2023-04-15 07:53:23 完成,用时 4 分 19.18 秒。


  1. 让QQ群昵称色变的神奇代码
    ( 52785 阅读)
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  2. ChatGPT国内镜像站初体验:聊天、Python代码生成等
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    本篇博文笔记于 2023-02-14 23:46:33 首发,最晚于 2023-03-22 00:03:44 修改。
  3. pandas 数据类型之 DataFrame
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    本篇博文笔记于 2022-05-01 13:20:17 首发,最晚于 2022-05-08 08:46:13 修改。
  4. 罗马数字转换器|罗马数字生成器
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    博文地址:https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/122592047
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    本篇博文笔记于 2022-01-19 23:26:42 首发,最晚于 2022-01-21 18:37:46 修改。
  5. Python字符串居中显示
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    本篇博文笔记于 2021-12-26 23:35:29 发布。
  6. 斐波那契数列的递归实现和for实现
    ( 5251 阅读)
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    本篇博文笔记于 2022-01-06 23:27:40 发布。
  7. 练习:字符串统计(坑:f‘string‘报错)
    ( 4830 阅读)
    博文地址:https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/121723096
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    本篇博文笔记于 2021-12-04 22:54:29 发布。
  8. 练习:尼姆游戏(聪明版/傻瓜式•人机对战)
    ( 4538 阅读)
    博文地址:https://blog.csdn.net/m0_57158496/article/details/121645399
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    本篇博文笔记于 2021-11-30 23:43:17 发布。
  9. 回车符、换行符和回车换行符
    ( 4257 阅读)
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    本篇博文笔记于 2022-02-24 13:10:02 首发,最晚于 2022-02-25 20:07:40 修改。
  10. python清屏
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  11. 个人信息提取(字符串)
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    本篇博文笔记于 2022-04-18 11:07:12 首发,最晚于 2022-04-20 13:17:54 修改。
  12. 密码强度检测器
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    本篇博文笔记于 2021-12-06 09:08:25 首发,最晚于 2022-11-27 09:39:39 修改。
  13. 罗马数字转换器(用罗马数字构造元素的值取模实现)
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    本篇博文笔记于 2022-01-20 19:38:12 首发,最晚于 2022-01-21 18:32:02 修改。
  14. 练习:班里有人和我同生日难吗?(概率probability、蒙特卡洛随机模拟法)
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    本篇博文笔记于 2022-04-26 12:46:25 首发,最晚于 2022-04-27 21:22:07 修改。
  15. 练习:生成100个随机正整数
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  16. 我的 Python.color() (Python 色彩打印控制)
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  17. 练习:仿真模拟福彩双色球——中500w巨奖到底有多难?跑跑代码就晓得了。
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  18. 聊天消息敏感词屏蔽系统(字符串替换 str.replace(str1, *) )
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