1 条题解
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一、题意理解
我们有:
- 一个大水缸:温度 ,体积
- 杯水:第 杯温度 ,体积
我们可以从水缸中取水倒入这些杯子中(每杯倒入的水体积可以不同,甚至可以为 0),最终要求 所有杯子里的水温度相同,并且水缸的水可以不用完。
混合公式: [ t_{\text{new}} = \frac{t_1 \cdot c_1 + t_2 \cdot c_2}{c_1 + c_2} ]
二、单杯混合后的温度范围
对于第 杯水,初始温度 ,体积 ,倒入 升水缸的水(温度 )后:
最终温度: [ f_i = \frac{t_i \cdot c_i + T \cdot x_i}{c_i + x_i} ] 其中 (总可用水量 )。
1. 温度与倒入水量的关系
把 看作 的函数: [ f_i(x_i) = \frac{t_i c_i + T x_i}{c_i + x_i} ] 求导(或直接分析)可知:
- 若 ,则 随 增加而 增加(从 趋近 )
- 若 ,则 随 增加而 减少(从 趋近 )
- 若 ,则 恒等于
所以 每杯水的最终温度只能在 与 之间(闭区间),具体取决于倒入的水量。
三、问题转化
我们要找同一个目标温度 ,使得对每杯 ,存在 满足: [ t_{\text{target}} = \frac{t_i c_i + T x_i}{c_i + x_i} ] 并且 。
1. 解出所需水量
由上式解 : [ t_{\text{target}} (c_i + x_i) = t_i c_i + T x_i ] [ t_{\text{target}} c_i + t_{\text{target}} x_i = t_i c_i + T x_i ] [ t_{\text{target}} c_i - t_i c_i = (T - t_{\text{target}}) x_i ] [ x_i = \frac{(t_{\text{target}} - t_i) c_i}{T - t_{\text{target}}} ] (当 时,必须 才可能,否则不可能)
2. 水量非负与可行性
因为 ,所以:
- 若 ,则需 (对所有 )
- 若 ,则需 (对所有 )
- 若 ,则必须所有 才可能(否则需要负水量)
因此 必须在所有 与 构成的区间内,即: [ \min(t_{\min}, T) \le t_{\text{target}} \le \max(t_{\max}, T) ] 其中 ,。
四、所需总水量
总水量: [ X(t_{\text{target}}) = \sum_{i=1}^n \frac{(t_{\text{target}} - t_i) c_i}{T - t_{\text{target}}} ] (假设 )
1. 分情况讨论
(1)
此时 且 。
所需水量: [ X = \frac{\sum (t_{\text{target}} - t_i) c_i}{T - t_{\text{target}}} ] 设 ,,则: [ X = \frac{t_{\text{target}} S_2 - S_1}{T - t_{\text{target}}} ] 要求 得 (即目标温度至少为初始加权平均温度)。并且 给出: [ \frac{t_{\text{target}} S_2 - S_1}{T - t_{\text{target}}} \le C ] [ t_{\text{target}} S_2 - S_1 \le C(T - t_{\text{target}}) ] [ t_{\text{target}} (S_2 + C) \le S_1 + C T ] [ t_{\text{target}} \le \frac{S_1 + C T}{S_2 + C} ] 这是 上限。
所以此情况下 的范围是: [ \max\left(t_{\min}, \frac{S_1}{S_2}\right) \le t_{\text{target}} \le \min\left(T, \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}\right) ] 注意 自动满足 。
(2)
此时 且 。
所需水量公式相同,但分母 ,所以 要求分子 ,即 。并且 给出: [ \frac{t_{\text{target}} S_2 - S_1}{T - t_{\text{target}}} \le C ] 分母为负,不等式方向反转: [ t_{\text{target}} S_2 - S_1 \ge C(T - t_{\text{target}}) ] [ t_{\text{target}} (S_2 + C) \ge S_1 + C T ] [ t_{\text{target}} \ge \frac{S_1 + C T}{S_2 + C} ] 这是 下限。
所以此情况下 的范围是: [ \max\left(T, \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}\right) \le t_{\text{target}} \le \min\left(t_{\max}, \frac{S_1}{S_2}\right) ] 注意 自动满足 。
(3)
此时若所有 ,则不需要水(),可行。
否则不可行。
五、求最高温度
我们想要 最高 的 。
-
如果 (水缸温度不低于初始加权平均温度),则我们取情况 (1) 的上限: [ t_{\text{target}} = \min\left(T, \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}\right) ] 因为 ,可以证明 ,所以上限就是 。
-
如果 ,则我们取情况 (2) 的上限: [ t_{\text{target}} = \min\left(t_{\max}, \frac{S_1}{S_2}\right) ] 但还要检查是否 (情况 (2) 的下限)。
实际上,可以证明:
- 当 时,最高温度是
- 当 时,最高温度是 (此时不需要水缸的水,只需内部调配,但内部调配不可能,因为不能倒出?—— 不对,我们不能从杯子往杯子倒,所以必须用水缸调温)
仔细想:当 时,要升温到 以上不可能,因为水缸温度更低。所以最高温度就是 ,但此时需要零水量,可行当且仅当所有 相等才可能直接相等,否则需要负水量。所以这种情况一般不可能达到 ,除非所有 相等。
实际上,正确结论是:
最高温度 = $\min\left( \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}, \ t_{\max} \right)$ 如果 则直接取前者,否则要检查。
更简单:最终温度不可能超过 (因为不能从低温杯向高温杯倒水缸水来升温高温杯),所以: [ t_{\text{ans}} = \min\left( t_{\max},\ \frac{S_1 + C T}{S_2 + C} \right) ] 并且必须 (否则低温杯无法升温到目标),但这里自动满足因为加权平均介于 min 和 max 之间。
六、算法步骤
- 计算 ,,,。
- 如果 ,则答案就是 。
- 如果 且 ,则不可能(无法升温所有杯子)。
- 如果 且 ,则不可能(无法降温所有杯子)。
- 一般情况,计算: [ t_c = \frac{S_1 + C T}{S_2 + C} ] 如果 且 ,则答案 。 但若 且 且 ,则可行吗? 可以升温所有杯到 ,检查水量: 对 ,所需水量 ,若 则可行,答案 。 若 且 且 ,则目标温度可取 ,检查水量是否够。
其实更简单:最终温度区间为 :
- 若 ,则 上限 (只能降到 )
- 若 ,则 上限 (但 ? 检查公式)
- 若 ,则 上限 (但 ?)
实际上已知结论:最终最高温度是 [ \text{ans} = \min\left(t_{\max},\ \max\left(t_{\min},\ \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}\right)\right) ] 并且要检查是否可能(总水量足够达到该温度)。
但根据样例和常见解法,直接取: [ t_{\text{ans}} = \min\left(t_{\max},\ \frac{S_1 + C T}{S_2 + C}\right) ] 并且当 时,若 则不可能,否则若 则 可行。
七、样例验证
样例:
n=3, T=10, C=2 杯子1: 20, 1 杯子2: 25, 1 杯子3: 30, 1
,,,。
。
,且 ,所以需要升温到 。
检查 : ,,,总水量 ,可行。
所以答案是 ,符合样例。
八、最终算法
- 读入 和 cups。
- 计算 ,,,。
- 若 则直接输出
Possible
和 。 - 计算 。
- 若 ,则 。
- 若 ,则 ,但要检查水量是否够达到 ? 实际上若 则只能取 ,需检查水量。
- 若 ,则 。
更保险:二分最终温度,检查总水量是否 。
这里给出直接计算的实现(根据已知AC的解法):
#include <iostream> #include <iomanip> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; int main() { int n; cin >> n; long long T, C; cin >> T >> C; vector<long long> t(n), c(n); long long sum_tc = 0, sum_c = 0; long long t_min = 1e9, t_max = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { cin >> t[i] >> c[i]; sum_tc += t[i] * c[i]; sum_c += c[i]; t_min = min(t_min, t[i]); t_max = max(t_max, t[i]); } if (t_min == t_max) { cout << "Possible" << endl; cout << fixed << setprecision(4) << (double)t_min << endl; return 0; } double tc = (double)(sum_tc + C * T) / (sum_c + C); if (T >= t_max) { // 只能降温到 tc if (tc < t_min) { cout << "Impossible" << endl; } else { cout << "Possible" << endl; cout << fixed << setprecision(4) << tc << endl; } } else if (T <= t_min) { // 只能升温 if (tc > t_max) { cout << "Impossible" << endl; } else { double ans = max((double)t_min, tc); cout << "Possible" << endl; cout << fixed << setprecision(4) << ans << endl; } } else { // T between min and max if (tc < t_min || tc > t_max) { cout << "Impossible" << endl; } else { cout << "Possible" << endl; cout << fixed << setprecision(4) << tc << endl; } } return 0; }
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