[NOI2016] 旷野大计算(挖坑不填)
作者:互联网
前言
阴间人做阴间题
手搓计算机
感觉很有意思,来看一看。
无论如何,这是一道数学题,因此我可能一时半会做不出来了,慢慢填坑吧。
题意
有一个存储空间,每一位都储存一个实数。
现将第 \(i\) 位的数记为 \(x_i\),每位有一个计算结点,这个计算结点的结果会输出到该位置。
名称 | 操作符(类型) | 操作数 | 计算结果 |
---|---|---|---|
输入节点 | I |
无 | 从输入缓冲区读入一个实数作为 \(x_t\) |
输出节点 | O |
\(i\) | \(x_t = x_i\),并将 \(x_t\) 输出 |
加法节点 | + |
\(i,j\) | \(x_t = x_i+x_j\) |
偏移节点 | C |
\(i,c\) | \(x_t=x_i+c\) |
取反节点 | - |
\(i\) | \(x_t=-x_i\) |
左移节点 | < |
\(i,k\) | \(x_t=x_i\cdot 2^k\) |
右移节点 | > |
\(i,k\) | \(x_t=x_i\cdot 2^{-k}\) |
S 型节点 | S |
\(i\) | \(x_t=s(x_i)\) (Sigmoid 函数) |
比较节点 | P |
\(i,j\) | \(x_t = \begin{cases}-1 &x_i<x_j\\ 0 &x_i=x_j\\1 &x_i>x_j\end{cases}\) |
Max 节点 | M |
\(i,j\) | \(x_t = \begin{cases}x_i &x_i > x_j\\x_j &x_i \leq x_j\end{cases}\) |
乘法节点 | * |
\(i,j\) | \(x_t=x_i \cdot x_j\) |
使用后三个结点会倒扣分,为了得满分不能使用。
其中,\(s(x)\) 的定义如下:(\(e\) 为自然常数,其值约为 \(2.718281828459045\ldots\))
\[s\left ( x \right )=\frac{1}{1+e^{-x}} \]现给定如下十个任务,使用一定数量的结点来完成这些任务。
1
输入两个数 \(a,b\),输出 \(-2a-2b\),要求不超 \(6\) 个计算结点。
输入占 \(2\),输出占 \(1\),还剩 \(3\)。
加起来左移一位然后取反即可。
I
I
+ 1 2
< 3 1
- 4
O 5
2
输入一个数 \(a\),输出 \(\dfrac{1}{1 + e^{17a}}\),要求不超 \(6\) 个计算结点。
输入占 \(1\),输出占 \(1\),还剩 \(4\)。
使用 \(s(x)\) 可以计算 \(\dfrac{1}{1 + e^{-x}}\) 那么只需要三步搞出 \(-17a\)。
\(-17a = -(a \cdot 2^4 + a)\),恰好三步。
I
< 1 4
+ 1 2
- 3
S 4
O 5
3
输入一个数 \(a\),输出:
\[\large \operatorname{sign}(a) = \begin{cases}&-1 &a < 0\\&0 &a = 0\\&1 &a > 0\end{cases} \]要求不超 \(6\) 个计算结点。
输入占 \(1\),输出占 \(1\),还剩 \(4\)。
现在可以发现这道题最难的部分一是没有条件判断,二是没有常量。
首先思考如何造出常量 :
\(0\) 可以用右移 \(10000\) (\(10^4\) 是题面给出右移最大可行值) 来得到,然后用偏移操作可以得到任意常量了。
符号函数的一个可行实现方式是 \(\dfrac{a}{|a|}\) 但是这里并没有绝对值和除法。
于是正负不同输出不同只能靠 Sigmoid 函数实现,观察函数图像 :
可以发现减个 \(0.5\) 误差就非常之小了。
于是把原数扩大许多倍,正负不变,得到的值就很接近 \(1,0-1\) 了。
然后乘以 \(2\) 让精度溢出即可。
I
< 1 100
S 2
C 3 -0.5
< 4 1
O 5
4
输入一个数 \(a\),输出 \(|a|\),要求不超 \(14\) 个计算结点。
输入占 \(1\),输出占 \(1\),还剩 \(12\)。
然后如果用 #3 做法加上乘法是能过的,但是过于 \(naive\)。
然后是一个更加 \(naive\) 的想法,如果判断大于零就不取反,否则取反。显然有条件判断的都是无法达成的。
我们大力百度 Sigmoid 函数,发现 :
\[\large S'(x) = \frac{e^{-x}}{(1 + e^{-x})^2} = S(x)(1 - S(x)) \]这个导数的性质就非常奇妙 NOI数学竞赛
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