📜  找出两个整数A和B,使得A ^ N = A + N和B ^ N = B + N(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:25:49.681000             🧑  作者: Mango

找出两个整数 A 和 B,使得 A ^ N = A + N 和 B ^ N = B + N

题目描述:

找出两个整数 A 和 B,使得 A ^ N = A + N 和 B ^ N = B + N

解题思路:

根据题目可知,需要求出 A 和 B 的值,满足 A ^ N = A + N 和 B ^ N = B + N。

首先,我们可以将 A + N 和 B + N 同时移项,得到 A ^ N - A = N 和 B ^ N - B = N。然后我们观察这两个式子,发现它们都可以表示成形如 x ^ N - x 的形式,而这个式子可以被化简为 x * (x ^ (N - 1) - 1),因此我们可以尝试将其转化为这种形式。

我们考虑将 N - 1 的二进制表示中的最高位(即最左边的位)设为 1,其余位均为 0,得到一个数 M。这个数的值为 2 ^ (k - 1),其中 k 是 N - 1 的二进制表示中的位数。

我们发现,对于任意一个非负整数 x,有 x ^ M - x 一定能够被 M 整除。这是因为,如果将 x 的二进制表示中的最高位(即最左边的位)以外的其他位全部取反,再将最高位取反(即取反前面所得到的数),得到的数 y 满足 x ^ M = x ^ y。而 y 的值是 M 的补码表示(即将 M 的二进制表示中的所有位取反再加 1 所得到的值),因此有 x ^ M = x ^ (y + M),即 x ^ M - x = x ^ (y + M) - x,而 x ^ (y + M) - x 一定能够被 M 整除。这是因为,对于任意一个非负整数 z,有 z + M 的二进制表示中的最高位一定是 1(因为 M 的二进制表示中最高位为 1),因此其和 x 的二进制表示中的最高位相同,即它们的值除以 M 的余数相同。这个余数可以用 z & (M - 1) 得到(因为 M - 1 的值的二进制表示中,除了最高位外,其余位均为 1)。因此,x ^ (y + M) - x 能够被 M 整除。

因此,我们可以依次枚举 N 的所有二进制位,对于每个二进制位,如果它是 1,则令 x = A 或 B,计算 x ^ M - x 的值,如果它等于 N,则说明找到了一个符合条件的解。如果同时找到了两个符合条件的解,则直接输出。

代码实现:

def find_two_numbers(N: int) -> Tuple[int, int]:
    M = 0
    k = 0
    while N > 0:
        M |= 1 << k
        N >>= 1
        k += 1
    A, B = None, None
    for x in [A, B]:
        if x is None:
            continue
        y = x ^ M
        if x ^ y == N:
            if A is None:
                A = x
            elif B is None:
                B = x
                break
    return A, B

该函数的时间复杂度为 O(log N),空间复杂度为 O(1)。