[백준] 2839번 : 설탕 배달 - JAVA [자바]

https://www.acmicpc.net/problem/2839

2839번: 설탕 배달

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• 문제
  

 

 

 

 

 

이번 문제는 나름! 수학적 사고를 테스트하는 문제다.

여기서 주의해야할 점은 N 에 정확히 맞추어 봉지의 개수가 최소가 되는 값을 구하는 것이다.

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• 2가지 입력방법을 이용하여 풀이한다.

 

 

Scanner 로 입력받아 연산하는 방법과 BufferedReader 로 입력받아 연산하는 방법, 두 가지 방법을 통해 풀이해보고자 한다.

 

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• 알고리즘 [ 풀이 방법 ]

이번 문제는 막상 암산으로 하기에는 조금 버거운 문제다.

물론 대부분은 N 이 주어지면 암산으로는 금방 봉지의 최소 개수를 구하지만 막상 알고리즘을 떠올리려 하면 잘 생각나지 않는다.

 

물론 가장 쉬운 방법은 재귀나 반목문을 통해서 모든 경우의 수를 구한다음 최솟값을 찾아낼 수는 있으나, 너무 비효율적인 알고리즘이라는 것은 누구나 알 것이고... 그렇기에 수학적으로 한 번 풀어보자.

 

 

사실 이번 문제는 다른 문제들처럼 막상 경우의 수를 쭉 나열해서 규칙을 찾는다면 그리 어렵지 않다.

그러니 아래 설명을 통해 이해해보도록 하자.

 

 

 

 

 

1. 먼저 설탕 봉지는 크게 두 가지, 3kg 과 5kg 이렇게 있다.

 

여기서 봉지의 개수를 최소화하려면 최대한 5kg 봉지로 구성해야한다는 점은 누구나 알 것이다.

 

그래서 N 이 3일 때부터 몇가지 수를 나열하기 전에 5 로 나누어 떨어지는 수를 하나의 구간으로 나누어서 표를 그려보자.

그럼 아래처럼 표가 그려질 것이다.

 

 

 

2. 그리고 n/5 의 값과 n%5 의 값을 채워보자.

 

 

 

3. 그리고 나머지 수를 채워야하는데, 위 표에서 우리는 간단하게 먼저 채울 수 있는 수들이 있다.

 

생각해보자.

우리는 봉지의 개수를 최소화하는 것이 목적이다.

 

이미 5의 배수에는 5로 나눈 몫의 값이 들어가 있다.

그렇다면 5로 나누어 떨어지는 수의 +3 을 한 값은 당연히 봉지 개수가 최소가 아닐까?

 

즉, 

5 + 3

10 + 3

15 + 3

20 + 3

...

 

5의 배수 + 3 의 자리는 5의 배수에 있던 값의 +1 개수가 되는 것이다.

아래 표를 보면 바로 이해 될 것이다.

 

 

 

 

4. 그리고 다음으로 채울 부분은 3번 과정이랑 유사하다.

 

3과 6은 5로는 못 채우는 수라는 것은 모두가 알고 있다.

그렇다면, 11, 16, 21 등 n이 5의 배수 + 1 이라면?

 

답은 간단하다. n = 3 일때는 봉지가 1 개,

n = 6 일때 봉지가 2 개였고,

 

n = 6 부터 +5 씩 증가할 때 마다 봉지의 개수는 1 씩 증가한다.

 

즉, n 이 3, 6, 그리고 5의배수 + 1 인 부분을 채운다면 다음과 같을 것이다.

 

 

 

 

 

 

5. 거의 다 왔다.

다음으로 채울 부분은 n 이 5의 배수 - 1 일 때이다. 4번 과정과 유사하다.

 

다만 5의 배수 - 1 값 중 n = 4 일 때는 어떤 봉지로도 정확하게 나누어 떨어지지 않는다.

 

( 5의 배수 - 1 ) 이 성립하는 것은 n = 9 부터이므로 9 부터 채워준다.

 

이때 9 는 3kg 봉지 3 개가 최소 개수라는 것은 모두가 알 것이다.

즉, n = 9 부터 +5 씩 증가할 때마다 봉지의 개수는 3 에서 1 씩 증가하는 것이다.

아래 표를 보자.

 

 

 

6. 

12 + 5의 배수도 이전의 방법처럼 똑같이 채워준다.

12 의 최소 봉지 개수는 4개이고,

n = 12 부터 +5 씩 증가할 때마다 봉지는 +1 씩 증가할 것이다.

 

그리고 채우다 보면 알겠지만, 4 와 7 은 3kg 봉지와 5kg 봉지로 구성할 수 없다.

그렇기에 n = 4, n = 7 에는 -1 을 채워준다.

 

 

 

 

 

7.

이렇게 다 구성된 표를 한 번 다시 보자.

무언가 규칙이 보이지 않는가?

나머지와 몫의 규칙을 잘 보시길 바란다.

 

n ≥ 3 일 때

< 5의 배수 + 1 번째 >의 봉투의 개수는 (n / 5) + (n % 5) 이다.

그리고 n % 5 는 항상 1 이다.

 

또한 중요한 점은 해당 값은 5의 배수 +3 번째의 봉투의 개수와 같다.

즉, (5의 배수 + 1) 과 (5의 배수+ 3) 은 5로 나눈 몫의 + 1 이 봉지 개수가 되는 것이다.

 

표로 보여주자면 아래와 같다.

이는 n = 3 일 때도 마찬가지이다.

n = 3 일 때 5로 나누면 0이 되고, 여기에 + 3 일 때 봉지 개수는 몫의 + 1 이 되므로 1 이 결과 값이 된다. 

 

이를 조건문으로 나타낸다면?

if ( (n % 5) == 1 || (n % 5) == 3 ) {
	return (n / 5) + 1 ;
}

 

즉, n 이 5의 배수 + 1 또는 + 3 이라면 ( 5 로 나눈 나머지가 1 또는 3 이라면 )

n 을 5 로 나눈 몫 + 1 이 설탕 봉지의 최소 개수가 된다.

 

 

 

 

 

8. 

그럼  마찬가지로 다른 곳도 규칙을 찾을 수 있겠다.

 

n ≥ 8 일 때

< 5의 배수 + 2 번째 >의 봉투의 개수는 (n / 5) + (n % 5) 이다.

이때 n % 5 는 항상 2 이다.

 

또한 중요한 점은 해당 값은 5의 배수 +4 번째의 봉투의 개수와 같다.

즉, (5의 배수 + 2) 과 (5의 배수+ 4) 은 5로 나눈 몫의 + 2 가 봉지 개수가 되는 것이다.

 

표로 보여주자면 다음과 같다.

 

 

이를 조건문으로 짜면 다음과 같을 것이다.

if( (n % 5) == 2 || (n % 5) == 4 ) {
	return (n / 5) + 2;
}

 

즉, n 이 5의 배수 + 2 또는 + 4 이라면 ( 5 로 나눈 나머지가 2 또는 4 이라면 )

n 을 5 로 나눈 몫 + 2 이 설탕 봉지의 최소 개수가 된다.

 

 

 

9. 그리고 n 이 4 일 때와 7 일 때는 3kg 봉지와 5kg 봉지로 이룰 수 없기 때문에 -1 이 나오도록 조건문을 달아 주어야 한다.

또한 5의 배수는 5로 나눈 몫만 출력하면 되기에 해당 조건 또한 출력해준다.

if ( n == 4 || n == 7 ) {
	return -1;
}
else if ( n % 5 == 0 ) {
	return (n / 5);
}

 

이런식으로 구조를 짜면 된다.

 

 

하나로 정리해보자. 

우리는 크게 4가지 케이스로 나누었다.

 

1. n 이 4 또는 7 인 경우
2. n 이 5의 배수인경우 ( 5로 나눈 나머지가 0 인 경우 )
3. n 이 5의 배수 + 1 또는 5의 배수 + 3 인 경우 ( 5로 나눈 나머지가 1 또는 3 인 경우 )
4. n 이 5의 배수 + 2 또는 5의 배수 + 4 인 경우 ( 5로 나눈 나머지가 2 또는 4 인 경우 )

 

이를 조건문으로 묶으면 아래와 같다.

 

if (n == 4 || n == 7) {
	return -1;
}
else if (n % 5 == 0) {
	return (n / 5);
}
else if (n % 5 == 1 || n % 5 == 3) {
	return (n / 5) + 1;
}
else if (n % 5 == 2 || n % 5 == 4) {
	return (n / 5) + 2;
}

 

 

 

그럼 이를 토대로 한 번 완전한 코드를 짜보자.

 

아 그리고 혹여나 3kg 하고 5kg 으로 구성하지 못하는 수가 4 하고 7 말고 더 있지 않냐는 궁금증이 있다면 아래 더보기 누르면 된다.

일단 대답은 "없을 확률이 0에 가깝다"다.

왜 그런지 살짝 언급하겠다.

 

 

 

n ≥ 3 일 때 3 과 5로 구성할 수 없는 수가 4 하고 7 밖에 없나요?

 

일단 아까 잠깐 언급했듯이 없을 확률이 0에 가깝다.

 

이는 골드바흐의 추측이라는 개념을 알고 있다면 쉽게 접근할 수 있는데, 기본적으로 이 명제는 다음과 같다.

 

"두 소수의 합으로 표현 가능한 모든 정수는, 모든 항이 1이 될 때까지 원하는 만큼 얼마든지 많은 개수의 소수의 합으로 분해할 수 있다."

 

이는 처음 골드바흐가 추측한 명제다.

현재는 골드바흐의 추측을 아래와 같이 설명한다.

 

"2보다 큰 모든 짝수는 두 소수의 합으로 표현가능하다."

 

이는 흔히 강한 골드바흐의 추측이라고 하는데,

위 명제가 참이라면 홀수의 경우 3을 더하면 되고, 짝수의 경우는 2를 더하면 세 소수의 합으로도 표현가능해지기 때문이다.

 

이 강한 골드바흐의 추측은 증명되기가 힘든 이유가 크게 두 가지가 있다.

1. 소수의 규칙성이 증명되지 않았다.

2. 2보다 큰 짝수의 자연수의 개수는 무한대다. (즉, 끝이 없다.)

 

소수의 규칙성이 증명된다면야 다음 문제점도 풀릴 가능성이 매우 높아지지만 아직 첫 번째 문제점조차 해결되지 못했다.

 

 

일단 서론이 길었고, 본론으로 가자면

 

일단 컴퓨터로 10¹⁸( 엑사라고 한다나 뭐라나.. ) 까지는 참인 것이 밝혀졌고 여러 증명들이 있으나, 어디까지나 약한 골드바흐의 추측의 증명일 뿐 강한 골드바흐의 추측이 증명된 것은 아니다.

 

그러나 사실상 참이라고 보고는 있다.

 

즉 2 이상의 모든 짝수는 소수의 합으로 나타낼 수 있다는 것이다.

또한 홀수의 경우는 위 명제에 3을 더하면 되므로 사실상 모든 수가 소수의 합으로 이루어져 있음을 알 수 있다.

 

이는 소인수 분해를 해보면 알 것이다.

 

위 문제에서는 3하고 5가 주어졌다. 위 이론에 적용해본다면, 이 수의 합, 8 이상의 모든 자연수는 소수의 합으로 나타낼 수 있다.

그렇기 때문에 주어진 두 수의 합 이하의 경우를 제외한다면, 모든 수는 소인수 분해를 3과 5로 나눌 수 있다는 것이다.

 

그렇기 때문에 8 이상의 값에서 3과 5로 구성되지 못하는 수는 0에 가깝다고 한 것이다.

 

 

 

 

 

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• 풀이

- 방법 1 

 

import java.util.Scanner;
 
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
    
		Scanner in = new Scanner(System.in);
        
		int N = in.nextInt();
		
		
		if (N == 4 || N == 7) {
			System.out.println(-1);
		}
		else if (N % 5 == 0) {
			System.out.println(N / 5);
		}
		else if (N % 5 == 1 || N % 5 == 3) {
			System.out.println((N / 5) + 1);
		}
		else if (N % 5 == 2 || N % 5 == 4) {
			System.out.println((N / 5) + 2);
		}
	}
}

 

 

가장 기본적인 방법이다.

막상 수학적으로 접근하고 나니까 코드가 훨씬 간결해지지 않았는가?

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- 방법 2 

 

 

BufferedReader 을 쓰는 방식이다.

 

그리고 반드시 자료형 타입을 잘 보아야 한다.

br.readLine() 은 문자열로 데이터를 읽으니 반드시 꺼내서 쓸 때 int 형으로 쓰고자 한다면 Integer.parseInt()로 String 을 int 형으로 변환시켜준다.

 

알고리즘은 다른 것이 없다.

 

import java.io.InputStreamReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
 
public class Main {
 
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		
		BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
		int N = Integer.parseInt(br.readLine());
		
 
		if (N == 4 || N == 7) {
			System.out.println(-1);
		}
		else if (N % 5 == 0) {
			System.out.println(N / 5);
		}
		else if (N % 5 == 1 || N % 5 == 3) {
			System.out.println((N / 5) + 1);
		}
		else if (N % 5 == 2 || N % 5 == 4) {
			System.out.println((N / 5) + 2);
		}
	}
}

 

 

 

위 코드를 실행하면 물론 Scanner 보다 BufferedReader 가 속도가 빠르니 시간이 단축되므로 시간 단축에 의의를 둔다면 매우 효과적인 방법이다.

 

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• 성능 차이

 

위에서 부터 순서대로

 

채점 번호 : 18744992  -  BufferedReader 

채점 번호 : 18744986 -  Scanner

 

시간을 보면 BufferedReader 와 Scanner 의 성능차이를 볼 수 있다.

 

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• 정리

 

수학문제는 몇 가지 특징이 있다.

 

그중 가장 대표적인게 규칙성이다.

필자가 설명한 것처럼 어느정도 일정 수를 나열해서 표로 나타내다보면 수식에 규칙이 있건, 수 자체에 규칙이 있건 뭐든간에 규칙이 있다.

(규칙이 없다면 그것은 난수를 풀라는 것이니.. 어쩌면 당연한 소리일지도 모르겠다.)

 

뭐 반복문으로 짜는 사람부터 다양한 방법으로 풀이하지만, 아무래도 필자가 지금 설명한 방법이 가장 알고리즘을 이해하기 쉬울 거라 생각해서 위 방법으로 설명을 한 것이다.

 

 

물론 위 과정이 귀찮다면 반복문 또는 재귀로 모든 경우의 수를 다 탐색하는 방법도 있다.

그러나 재귀는 필요없는 루트까지 탐색하게 되고, 무엇보다 수가 커지면 재귀가 깊어지면서 stackoverflow 를 뱉어낼 수 있고, 반복문은 수가 매우 큰 수일 경우 그만큼 반복하기 때문에 탐색시간이 길어진다.

 

굳이 O(1)의 시간복잡도를 두고 O(N)의 알고리즘을 사용할 필요는 없지 않은가.