如何使用正则表达式解代数方程组中的丢番图方程
来源:网络收集 点击: 时间:2024-03-12我们同样在Chrome浏览器中,来执行相应的JS代码,
来实现使用正则表达式,来求解一些简单的丢番图方程,
例如,
小学奥数题中经常出现的鸡兔同笼问题。

1500年前,《孙子算经》中就记载了这个有趣的问题:
今有雉兔同笼,上有三十五头,下有九十四足,问雉兔各几何?
雉【zhì】,俗称“野鸡”。这句话意思就是
把鸡和兔放在同一个笼子中,数头有35个头,数脚有94只脚,
那么鸡和兔分别有多少只?
我们知道,设鸡和兔分别为x和y只,可以这样列二元一次方程组:
x+y=35
2x+4y=94
并求它的正整数解。

在正式解方程之前,我们先来看如何使用正则表达式
来解多元一次方程的正整数解。
举例这个二元一次方程:15x+2y=40
首先,我们在Chrome浏览器中,打开Console控制台
方法是,在任何网页,按下快捷键F12(或者右击“审查元素”)

然后点击“Console”

我们正式输入JS代码(其中用到了正则表达式)
Array(40+1).join(1).replace(/^(.+)\1{14}(.+)\2{1}$/, $1,$2).replace(/^+|+$/g,function(t){return t.length})
然后按下回车键,迅速得到方程的正整数解
注意,上述代码中加粗部分,分别为:
40:即方程等号右边的数字
14:第一个未知数的系数减去1
1:第二个未知数的系数减去1

可以验算一下,(2,5)确实是方程15x+2y=40的一组正整数解。
这里来详细解释一下,上面JS代码的原理。
Array(40+1) // 构建一个包含(40+1)个元素的空数组
.join(1) // 将数组中元素用字符串1连接起来,
// 变成一个40个1组成的字符串
.replace(/^(.+)\1{14}(.+)\2{1}$/, $1,$2) // 将40个1的字符串,
// 进行正则表达式匹配,
// 匹配为(14+1)个子字符串,
// 以及(1+1)个子字符串
// 这两个子字符串合起来,即组成原来的40个1的字符串
// 匹配成功后,在这两个子字符串之间,插入英文半角逗号
.replace(/^+|+$/g,function(t){return t.length})
// 根据逗号分隔标记,分别计算这两个子字符串的长度,
// 用长度来代替原来的字符串,即可得到方程的解

当然最后的替换,我们还可以这样来写,
.replace(/.+/g,function(t){var s=t.split(,);return x=+s.length+,+y=+s.length})
// 得到x=2,y=5更加直观的求解结果。

接下来,我们正式回到一开始的鸡兔同笼问题。
注意,如果直接按照上述思路,来求解,很可能失败。
举例,方程组中的第1个方程,x+y=35
因为有很多组解,如果简单使用上述代码,会得到这样的错误解

那么如何解决这个困难,尤其在有多个方程(二维甚至更多维)的情况下呢?
我们可以尝试使用for循环,来遍历未知数所在的正整数范围,进行求解。
for(var x=1;x35;x++){
var reg=new RegExp(^(+Array(x+1).join(1)+)\\1{1}(+Array(35-x+1).join(1)+)\\2{3}$);
var t=Array(94+1).join(1).replace(reg, $1,$2).replace(/^+|+$/g,function(t){return t.length});
if(/,/.test(t)){
console.log(x+,+(35-x));
break;
}
}
即可得到正确解;
23,12

尽量先计算一下变量精确的约束范围,提高正则表达式求解方程的有效性
如果方程系数不为整数,可以先转化成整系数方程
使用正则表达式求解方程,效率很低,仅作兴趣参考研究
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