[Python & Java] 프로그래머스: 우박수열 정적분

https://school.programmers.co.kr/learn/courses/30/lessons/134239?language=python3 

프로그래머스

문제 설명

콜라츠 추측이란 로타르 콜라츠(Lothar Collatz)가 1937년에 제기한 추측으로 모든 자연수 n에 대해 다음 작업을 반복하면 항상 1로 만들 수 있다는 추측입니다.

1-1. 입력된 수가 짝수라면 2로 나눕니다.
1-2. 입력된 수가 홀수라면 3을 곱하고 1을 더합니다.
2.결과로 나온 수가 1보다 크다면 1번 작업을 반복합니다.

예를 들어 주어진 수가 5 라면 5 ⇒ 16 ⇒ 8 ⇒ 4 ⇒2 ⇒ 1 이되어 총 5번만에 1이 됩니다.

수가 커졌다 작아지기를 반복하는 모습이 비구름에서 빗방울이 오르락내리락하며 우박이 되는 모습과 비슷하다고 하여 우박수 또는 우박수열로 불리기도 합니다. 현재 이 추측이 참인지 거짓인지 증명되지 않았지만 약 1해까지의 수에서 반례가 없음이 밝혀져 있습니다.

은지는 우박수열을 좌표 평면 위에 꺾은선 그래프로 나타내보려고 합니다. 초항이 K인 우박수열이 있다면, x = 0일때 y = K이고 다음 우박수는 x = 1에 표시합니다. 이런 식으로 우박수가 1이 될 때까지 점들을 찍고 인접한 점들끼리 직선으로 연결하면 다음과 같이 꺾은선 그래프를 만들 수 있습니다.

은지는 이렇게 만든 꺾은선 그래프를 정적분 해보고 싶어졌습니다. x에 대한 어떤 범위 [a, b]가 주어진다면 이 범위에 대한 정적분 결과는 꺾은선 그래프와 x = a, x = b, y = 0 으로 둘러 쌓인 공간의 면적과 같습니다. 은지는 이것을 우박수열 정적분이라고 정의하였고 다양한 구간에 대해서 우박수열 정적분을 해보려고 합니다.

단, 우박수열 그래프의 가로축 길이를 미리 알 수 없기 때문에 구간의 시작은 음이 아닌 정수, 구간의 끝은 양이 아닌 정수로 표현합니다. 이는 각각 꺾은선 그래프가 시작하는 점과 끝나는 점의 x좌표에 대한 상대적인 오프셋을 의미합니다.

예를 들어, 5를 초항으로 하는 우박수열은 5 ⇒ 16 ⇒ 8 ⇒ 4 ⇒ 2 ⇒ 1 입니다. 이를 좌표 평면으로 옮기면 (0, 5), (1, 16), (2, 8), (3, 4), (4, 2), (5, 1) 에 점이 찍히고 점들을 연결하면 꺾은선 그래프가 나옵니다. 이를 [0,0] 구간에 대해 정적분 한다면 전체 구간에 대한 정적분이며, [1,-2] 구간에 대해 정적분 한다면 1 ≤ x ≤ 3인 구간에 대한 정적분입니다.

우박수의 초항 k와, 정적분을 구하는 구간들의 목록 ranges가 주어졌을 때 정적분의 결과 목록을 return 하도록 solution을 완성해주세요. 단, 주어진 구간의 시작점이 끝점보다 커서 유효하지 않은 구간이 주어질 수 있으며 이때의 정적분 결과는 -1로 정의합니다.

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제한사항

• 2 ≤ k ≤ 10,000
• 1 ≤ ranges의 길이 ≤ 10,000
  • ranges의 원소는 [a, b] 형식이며 0 ≤ a < 200, -200 < b ≤ 0 입니다.
• 주어진 모든 입력에 대해 정적분의 결과는 227 을 넘지 않습니다.
• 본 문제는 정답에 실수형이 포함되는 문제입니다. 입출력 예의 소수 부분 .0이 코드 실행 버튼 클릭 후 나타나는 결괏값, 기댓값 표시와 다를 수 있습니다.

문제 해설

문제 자체는 크게 어렵지 않고 단순한 구현 문제입니다만, 말이 어려워서 이해하는 데 시간이 조금 필요한 문제입니다.

차분하게 읽어보고 구현한다면 어렵지 않을 것으로 생각합니다.

Java

import java.util.*;


class Solution {
    public double[] solution(int k, int[][] ranges) {

        // k값 변화를 기록할 kChangeList 선언
        ArrayList<Integer> kChangeList = new ArrayList<>();
        // 초기값 기록
        kChangeList.add(k);

        // 콜라츠 추측 반복
        // k < 10000이므로 무한 루프 X
        while (k != 1) {

            if (k % 2 == 0) { // 짝수일 경우
                k = k / 2;
            } else { // 홀수일 경우
                k = k * 3 + 1;
            }

            kChangeList.add(k);
        }

        // 넓이 변화를 기록할 kAreaList 선언
        ArrayList<Double> kAreaList = new ArrayList<>();

        // 넓이 기록
        for (int i = 0; i < kChangeList.size() - 1; i++) {
            // 높이가 1인 평행사변형이므로 윗변, 아랫변을 더하고 2로 나눔
            double sectionArea = ((double) kChangeList.get(i) + (double) kChangeList.get(i+1)) / 2;
            kAreaList.add(sectionArea);
        }

        // 그래프의 가로축 인덱스
        int graphLengthIndex = kChangeList.size() - 1;
        // 최종 값 담을 answer
        ArrayList<Double> answer = new ArrayList<>();

        // 주어진 range 에 대하여 정적분 값 계산
        for (int[] range : ranges) {

            int startIndex = range[0]; // 시작점
            int endIndex = graphLengthIndex + range[1]; // 끝점

            // 시작점이 끝점보다 더 뒤에 있는 경우 고려 (넓이값 음수)
            boolean inverted = startIndex > endIndex;

            // 시작점과 끝점 뒤집힌 경우 -1 삽입
            if (Boolean.TRUE.equals(inverted)){
                answer.add(-1.0);
                continue;
            }

            double wholeArea = 0; // 케이스별 전체 넓이
            // 케이스별 넓이 합산
            for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
                wholeArea += kAreaList.get(i);
            }

            // 최종 값에 추가
            answer.add(wholeArea);
        }

        // double array 로 변환해서 return
        return answer.stream()
                .mapToDouble(Double::doubleValue)
                .toArray();
    }
}

Python

def solution(k, ranges):

    # k값 변화를 기록할 k_change_list 선언
    k_change_list = [k]  # 초기값 k 삽입

    # 콜라츠 추측 반복
    # k < 10000이므로 무한 루프 X
    while k != 1:
        if k % 2 == 0:
            k /= 2
        else:
            k = k * 3 + 1
        k_change_list.append(k)

    # 넓이 변화를 기록할 k_area_list 선언
    k_area_list = []

    # 넓이 변화 기록
    for i in range(len(k_change_list)-1):
        k_area_list.append((k_change_list[i] + k_change_list[i+1]) / 2)

    # 그래프의 가로축 인덱스
    graph_length_index = len(k_change_list) - 1
    # 최종 값 담을 answer
    answer = []

    # 주어진 range에 대해서 정적분 값 계산
    for range_case in ranges:
        start_index = range_case[0]  # 시작점
        end_index = graph_length_index + range_case[1]  # 끝점

        # 시작점이 끝점보다 더 뒤에 있는 경우 고려(-1 삽입)
        if start_index > end_index:
            answer.append(-1)
            continue

        whole_area = 0  # 케이스별 전체 넓이

        # 케이스별 넓이 합산
        for i in range(start_index, end_index):
            whole_area += k_area_list[i]

        # 최종 값 추가
        answer.append(whole_area)

    return answer