Elétrons quicando em um fio


46

Imagine um "fio" que tenha nespaços. Imagine ainda que existem "elétrons" nesse fio. Esses elétrons vivem apenas uma unidade de tempo. Quaisquer espaços no fio adjacentes a exatamente um elétron se tornam um elétron. Na terminologia de Game of Life, é isso B1/S.

Por exemplo, este é um fio de comprimento 10, com período 62.

insira a descrição da imagem aqui

Regras

  • Input,, né um número inteiro único positivo.
  • A saída deve ser um número inteiro único que denota o período de um fio de comprimento n.
  • O estado inicial é um único elétron em uma extremidade do fio.
  • O período não inclui necessariamente o estado inicial. Alguns comprimentos nunca retornam ao estado inicial, mas todos são periódicos.
  • Um fio estático (ou seja, um sem elétrons) tem o período 1.
  • As condições de contorno não são periódicas. Ou seja, o fio não é toroidal de forma alguma.

Casos de teste

Agradecimentos especiais ao orlp por produzir esta lista. (Eu verifiquei até n = 27).

1 1
2 2
3 1
4 6
5 4
6 14
7 1
8 14
9 12
10 62
11 8
12 126
13 28
14 30
15 1
16 30
17 28
18 1022
19 24
20 126
21 124
22 4094
23 16
24 2046
25 252
26 1022
27 56
28 32766
29 60
30 62
31 1
32 62
33 60
34 8190
35 56
36 174762
37 2044
38 8190
39 48
40 2046
41 252
42 254
43 248
44 8190
45 8188

Você pode ver casos de teste de n = 2 a 21 aqui com meu simulador de jogo da vida: Variações da vida .


EDIT: a sequência aqui foi publicada como A268754 !


todas elas são periódicas E o período é superior delimitada por 2^n-1, porque esse é o número de possíveis estados diferentes de zero de o "fio"
Luis Mendo

@LuisMendo: Na verdade, o limite superior é menor porque os elétrons nunca são adjacentes. Exatamente quanto menos, eu não sei.
El'endia Starman 13/02/16

The period does not necessarily include the starting state. Some lengths never return to the starting state, but all of them are periodic.Você tem um exemplo?
Edc65

@ edc65: Um fio de comprimento 5 é o menor exemplo.
El'endia Starman 13/02/16

1
Mais fortemente, os elétrons se alternam entre as posições ímpares e as pares, então o período é no máximo 2 ^ (n / 2 + 1).
Xnor

Respostas:


10

Python 2, 148 142 87 bytes

n=input()
p=l=1
t=1
h=2
while t!=h:
 if p==l:t,l,p=h,0,p*2
 h=h/2^h*2%2**n;l+=1
print l

Usa o algoritmo de detecção de ciclo do Brent e, portanto, é executado rapidamente.


Também escrevi uma animação em Python (ambos os trabalhos 2 e 3). Ele precisa pygletcorrer. Você pode ver a animação executando:

python -m pip install --user pyglet
curl -s https://gist.githubusercontent.com/orlp/f32d158130259cbae0b0/raw/ | python

(Sinta-se à vontade para fazer o download da essência e inspecionar o código antes de executar.) Você pode pressionar as teclas + e - para aumentar / diminuir o n sendo visualizado.


E, finalmente, para os interessados ​​em explorar ainda mais essa sequência numérica, aqui está uma versão legível (usada para gerar os casos de teste acima):

# Brent's cycle detection, modified from wikipedia.
def electron_period(n):
    wire_mask = (1 << n) - 1
    power = lam = 1
    tortoise, hare = 1, 2
    while tortoise != hare:
        if power == lam:
            tortoise = hare
            power *= 2
            lam = 0
        hare = ((hare << 1) ^ (hare >> 1)) & wire_mask
        lam += 1
    return lam

Eu sei que já faz mais de um ano, mas estou me perguntando se o uso do HashLife teria acelerado tudo
somente ASCII

7

Mathematica, 127 bytes

p@n_:=Tr[#2-#]&@@Position[#,Last@#]&@NestWhileList[1~Table~n~ArrayPad~1*18~CellularAutomaton~#&,{1}~ArrayPad~{1,n},Unequal,All]

Explicação

Artigo 18 :

{0,0,0} -> 0
{0,0,1} -> 1
{0,1,0} -> 0
{0,1,1} -> 0
{1,0,0} -> 1
{1,0,1} -> 0
{1,1,0} -> 0
{1,1,1} -> 0

Casos de teste

p/@Range[10]
(* {1,2,1,6,4,14,1,14,12,62} *)

7

Python 2, 68 bytes

f=lambda n,k=1,l=[]:k in l and-~l.index(k)or f(n,k/2^k*2%2**n,[k]+l)

A detecção do ciclo poderia ser melhor, mas a etapa iterativa é agradável.

k -> k/2^k*2%2**n

Ao representar a matriz como um número binário k, a atualização pode ser feita retirando o XOR de kum para a esquerda /2e outro para a direita e *2, em seguida, truncando para nbytes como %2**n.


4

Python 3 2, 134 121 118 bytes

Q=input()
h=[]
n=[0,1]+Q*[0]
while n not in h:h+=[n];n=[0]+[n[d]^n[d+2] for d in range(Q)]+[0]
print len(h)-h.index(n)

Basicamente, o mesmo que a minha resposta Pyth , mas a adaptou um pouco por causa da falta de certas funções internas no Python.

Versão não destruída:

length = input()
history = []
new = [0] + [1] + length*[0]
while new not in history:
    history += [new]
    new = [0] + [new[cell]^new[cell+2] for cell in range(length)] + [0]
print len(history) - history.index(new)

4

Pitão, 39 36 bytes

L++Zmx@bd@bhhdQZ-lJ.uyN.[,Z1ZQ)xJyeJ

Usa a função "ponto fixo cumulativo" para iterar até pouco antes de a configuração se repetir e retorna todas as configurações intermediárias como uma lista de listas. Isso funciona porque as regras são determinísticas e a configuração da próxima geração é uma função da configuração atual. Isso significa que quando a mesma configuração aparecer novamente, os autômatos concluíram um ciclo.

Depois de atingir isso (a última iteração do ciclo), ele chama a função de próxima geração uma última vez no último elemento da lista "history", para obter a próxima configuração (que é a configuração inicial de um ciclo) e encontre seu índice na história. Agora, o período é simplesmente a duração (1 + índice de final do ciclo) menos o índice de início do ciclo.

No pseudocódigo pitônico:

                  Z = 0
                  Q = eval(input())
L                 def y(b):                # generates next-gen from current(param)
  ++Zm                return [Z] + map(    # adds head zero padding
    x@bd@bhhd             lambda d: b[d] ^ b[1+ 1+ d],  # xor the states of adjacent cells
    Q                     range(Q))        # implicit range in map
    Z                     + [Z]            # adds end zero padding
-lJ.uyN.[,Z1ZQ)   J = repeatTilRecur(lambda N,Y:y(N), padRight([Z,1],Z,Q)); print( len(J) -
                  # N:value; Y:iteration count
  JxJyeJ              J.index( y( J[-1] ) ) )

O conjunto de testes leva muito tempo para que o servidor o mate, portanto, você precisará usar o programa regular e testá-lo um por um, ou instalar o Pyth (se não tiver) e usar um script para testá-lo.


4

Geléia, 19 18 17 bytes

H^Ḥ%®
2*©Ç‘СUµiḢ

Esse código calcula os primeiros 2 n estados, portanto, não é particularmente rápido ou eficiente em termos de memória ...

Experimente online! ou verifique os 16 primeiros casos de teste .

Versão alternativa, 13 bytes (não concorrente)

As versões do Jelly que pós-datam esse desafio têm detecção de loop integrada, permitindo uma solução mais curta e mais eficiente.

H^Ḥ%®
2*©ÇÐḶL

Isso lida com o último caso de teste com facilidade. Experimente online!

Como funciona

2*©Ç‘СUµiḢ    Main link. Input: n (integer)

2*             Compute 2 ** n.
  ©            Store the result in the register.
     С        Do the following:
   Ç             Apply the helper link, which updates the state, ...
    ‘            2 ** n + 1 times.
               Collect all 2 ** n + 2 intermediate results in a list.
       U       Upend; reverse the list of results.

        µ      Begin a new, monadic chain. Argument: R (list of results)
          Ḣ    Yield and remove the first element of R (final state).
         i     Find its first index in the remainder or R.
               This is the length of the loop.

H^Ḥ%®        Helper link. Argument: s (state, integer)

H            Halve s. This yields a float, but ^ will cast to integer.
  Ḥ          Double s.
 ^           Compute (s ÷ 2) ^ (s × 2).
    ®        Retrieve the value stored in the register (2 ** n).
   %         Compute ((s ÷ 2) ^ (s × 2)) % (2 ** n).

Observe que o link auxiliar é aplicado a 2 n na primeira iteração, que não codifica um estado válido. No entanto, ((2 n ÷ 2) ^ (2 n × 2))% 2 n = (2 n - 1 + 2 n + 1 )% 2 n = 2 n - 1 , que é um dos possíveis estados iniciais.

Como fazemos um loop 2 n + 1 vezes, temos a garantia de encontrar um estado duas vezes, tornando a detecção do loop bem-sucedida.


3

CJam, 41 34 31 27 25 bytes

Agradecimentos a Dennis por salvar 3 bytes. Tomar emprestada uma idéia de sua resposta Jelly salvou outras 4.

2ri#_){__4*^2/W$%}*]W%(#)

Teste aqui.

Explicação

Estou representando o fio simplesmente como um número inteiro (cujos bits indicam as posições dos elétrons) em vez de usar uma lista real de bits. O estado é atualizado por meio de cálculos bit a bit bastante simples.

Para encontrar o período em que coletamos todos os resultados intermediários na pilha, execute a simulação para 2 etapas n-1 +1 e determine o período como o número de elementos desde a última ocorrência do estado final (mais 1).

Aqui está um detalhamento do código:

2ri#   e# Compute 2^n. This has a 1 in the n+1-th bit and zeroes below it. This is
       e# itself not a valid state but will be turned into 2^(n-1) by the first
       e# update.
_)     e# Duplicate and increment to get number of steps to simulate.
{      e# Repeat that many times...
  __   e#   Duplicate the last state twice.
  4*   e#   Multiply by 4, shifting all bits to the left by two positions.
  ^    e#   XOR - we only keep keep those cells where we have exactly one 1-bit
       e#   between both copies, i.e. those that neighboured a single electron
       e#   but shifted up by one position. We don't need handle the survival rule
       e#   explicitly, since electrons can never be adjacent in the first place.
  2/   e#   Divide by 2 shifting all bits back to the right again.
  W$   e#   Copy the initial number 2^n.
  %    e#   Modulo - this simply sets the first bit to 0.
}*
]      e# Wrap all states in an array.
W%     e# Reverse it.
(      e# Pull off the latest state.
#      e# Find its position in the remainder of the array.
)      e# Increment.

2

JavaScript (ES6) 99 104

n=>eval("a=[...Array(n)];k={};for(a[0]=i=1;!k[a=a.map((v,i)=>v?0:a[i-1]^a[i+1])];k[a]=i++);i-k[a]")

Teste

f = n=>eval("a=[...Array(n)];k={};for(a[0]=i=1;!k[a=a.map((v,i)=>v?0:a[i-1]^a[i+1])];k[a]=i++);i-k[a]")

console.log = x => O.textContent += x + '\n';

;[...Array(45)].map((_, i) => console.log(++i + ' ' + f(i)))
<pre id=O></pre>


2

Haskell, 170 bytes

x!pfornece o elemento no índice p se estiver dentro dos limites, caso contrário, 0. ncalcula o próximo passo. g idá o ipasso th. c xfornece o período, se começar com x. fenvolve tudo junto.

n x|l<-length x-1=[mod(x!(p-1)+x!(p+1))2|p<-[0..l],let y!q|q<0=0|q>=l=0|1<2=y!!p]
c x=[i-j|i<-[1..],j<-[0..i-1],let g k=iterate n x!!k,g i==g j]!!0
f n=c$1:map(*0)[2..n]

(Nota: postado no telefone que possui o intérprete de abraços, que não possui todos os recursos, pode haver erros de digitação.)


2

MATL , 38 37 36 35 bytes

1Oi(`t0Y)5BX+8L)1=vt6#Xut0)=fdt?w}A

Isso usa um loop que continua computando novos estados até que o novo estado seja igual a qualquer um dos anteriores. Cada estado é um vetor de zeros e uns. Esses vetores são armazenados como linhas de uma matriz 2D crescente.

A computação de cada novo estado é feita através da convolução do estado atual com a sequência [1,0,1], mantendo apenas a parte central e definindo 0qualquer entrada que não seja 1.

EDIT (13 de maio de 2016) O código no link a seguir foi ligeiramente modificado de acordo com as alterações introduzidas no idioma após a redação desta resposta

Experimente online!

1Oi(            % create initial vector [1,0,0,...,0], with size equal to input
`               % do...while loop
  t0Y)          %   duplicate. Get last row of array: most recent vector
  5BX+8L)       %   compute new vector by convolving the most recent one
                %   with [1,0,1] and keeping only the central part
  1=            %   set ones to 1, rest to 0
  v             %   append to 2D array
  t6#Xu         %   compute vector of unique numeric labels, so that equal rows
  t0)=f         %   indices of entries whose value equals that of the last entry.
                %   This will contain the index of the last entry and possibly
                %   another index, in which case we've found a repetition
  d             %   this will either be empty (which is falsy) or contain the
                %   period, which is a nonzero number (and thus truthy)
  t?            %   duplicate. If non-empty (and nonzero)
    w           %     swap to put the 2D-array at the top of the stack. This is
                %     falsy, because it contains at least one zero, even in the
                %     n=1 case (the array is initiallized to 0 in that case)
                %     So the loop will terminate, with the period left on the stack
  }             %   else
    A           %     this transforms the empty array at the top of the stack
                %     into a true value, so that the loop will continue
                %   implicitly end if
                % implicitly end loop
                % implicitly display stack contents (period)

1

Perl 6, 81 bytes

{my@h=my$w=2;@h.push($w=$w/2+^$w*2%2**$_)while 2>@h.grep($w);[R-] @h.grep($w,:k)}

Expandido e não destruído um pouco

-> $n {
    my @history = my $wire = 2;
    while 2 > @history.grep($wire) {
        @history.push($wire = $wire/2 +^ $wire*2 % 2**$n)
    }
    [R-] @history.grep($wire,:k)
}

Um pouco de explicação:

  • [op]reduz a lista usando op. Por exemplo [+] @list, somará@list
  • Ré uma meta-op que reverte os argumentos dados a uma op. Por exemplo 1 R- 3, resultará em 2.

1

C ++, 211 bytes

Golfe

#include <bitset>
#include <cstdio>
#define B std::bitset<1<<10>
B m,t(1),h(2);int main() {int p,l;for(scanf("%d",&p);p--;m.set(p));
for(p=l=1;t!=h;h=(h>>1^h<<1)&m,l++)p==l?t=h,p*=2,l=0:0;return !printf("%d",l);}

Com espaço em branco adicional para facilitar a leitura

#include <bitset>
#include <cstdio>
#define B std::bitset<1<<10>
B m,t(1),h(2);
int main() {    
    int p,l;
    for(scanf("%d",&p);p--;m.set(p));
    for(p=l=1;t!=h;h=(h>>1^h<<1)&m,l++)p==l?t=h,p*=2,l=0:0;    
    return !printf("%d",l);
}

Boas práticas para o conjunto de bits do C ++; e um ótimo aprendizado educacional sobre o algoritmo de detecção de ciclo de Brent (usado pelo @orlp)


0

Pitão, 95 bytes

J.[ZQ[1)K_1=bYW<K0=NY aN?hJZ?htJ1ZFTr1tlJ aN?@JTZ?x@JhT@JtT1Z) aN?eJZ?@J_2 1Z=JN=KxbJ abJ;-tlbK

Você pode experimentá-lo aqui .



0

Ruby, 72 bytes

Função anônima.

->n{s=[w=1];c=p
(j=s.index w=w*2%2**n^w/2
j ?c=s.size-j:s<<w)while !c
c}
Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.