python 穷举法 多元一次方程 实现求解

2023-05-16

题目:小利前往书店买四种参考书,这四类书的价格分别为3元、5元、7元、11元。他有70元钱,每种参考书至少买一本,且最后要剩余的钱不足再买其中任意一本书,他有哪些选择?

分析:这一道题是四元一次方程,存在两个限制条件:1是要求各种书最少买一本,2是最多剩余2元。那么我们可以先每一种书各买一本,花掉3+5+7+11=26元,还剩44元,这44元可以任意分配,这样就解决了第一个限制条件,其次,最多剩余2元,那么就存在剩余2元、1元、0元,三种情况,那么也就是说除了第一次花费26元购买的四本书以外,接下来购买的书籍可以是42元、43元、44元,由此第二个限制也解决了。

def x_3():
    t = [42,43,44]   
    d = 0
    for z in t:
        print("当剩余%d元时:"%(44-z))
        for i in range(z//3+1):
            for n in range(z//5+1):
                for m in range(z//7+1):
                    for p in range (z//11+1):
                        if 3*i + 5*n +7*m +11*p ==  z:
                            d += 1
                            print("第%d个解为:(%d,%d,%d,%d)"%(d,i+1,n+1,m+1,p+1) )

调用函数,结果为:
剩余2元时
剩余1元时
剩余零元时

以上为for语句实现穷举法,倘若我们不适用for语句,使用while语句搭配if语句,应该如何实现呢?for语句中,我们给出了具体的循环次数,简单明了。当涉及2个变量同时变化时1个whil和1个if语句语句无法判断是否停止,故还需要搭配一个while和if语句语句,当三个变量时,则需要3个while语句,3个if语句,同理,n变量时,可能就需要n个while语句,n个if语句,显然,这让太过于繁琐。下面给出一个变量和两个变量时的代码块

##先每本书买一本,这样就保障了每本书最低一本的要求,这样还剩余44元,可随意分配
##按照只买种本书、两种书、三种书、四种书的逻辑思路编写代码
def x_1():    ##只买一种书
    for m in [3,5,7,11]:
        x = 1
        while True:
            if 42 <= m*x <=44: ##大于等于42,是因为最多剩余2元
                print("只买%d的元的书,购买%d本,剩余%d元" %(m,x+1,44-m*x))
                break
            elif m*x >44:
                print("不存在只买%d元的书的情况"%m)
                break
            else:
                x +=1
def x_2():    ##只买两种书
    ls = [3,5,7,11]
    m = 0
    ix = 0
    for m in range(3):
        ix = 0
        while True:
            if ix*ls[m] <= 44-ls[m+1]:
                ix += 1
                for q in range(m+1,4):
                    iy = 1
                    while True:
                        if 42 <= ls[m]*ix +ls[q]*iy <=44:
                            print("购买%d元书%d本,购买%d元书%d本,剩余%d元"%(ls[m],ix+1,ls[q],iy+1,44-(ls[m]*ix +ls[q]*iy)))
                            iy += 1
                        elif ls[m]*ix +ls[q]*iy > 44:
                           iy = 0
                           break
                        else:
                            iy += 1
            else:
                break

效果展示
1个变量
2个变量
由此可见,for语句比while语句更加简便简单。以上是通过穷举法实现,但若是一个多元一次方程组,存在多个解时,可能就需要其他方法了。在数据分析与挖掘方面,还有很多的知识点要学习。

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