Задание №23 — Поиск количества программ

Решение:

Обе команды только уменьшают число на экране, поэтому траектория строго убывает и одно и то же число не может встретиться в ней дважды. Значит, каждая подходящая программа однозначно разбивается на две независимые части: сначала число $31$ превращается в $12$, затем $12$ превращается в $2$. По правилу умножения искомое количество равно произведению количеств программ для этих двух участков.

Пусть $f(x, y)$ — количество программ, переводящих $x$ в $y$. Если $x = y$, подходит только пустая программа, то есть $f(x, x) = 1$; если $x \lt y$, то $f(x, y) = 0$ — увеличивать число команды не умеют. Иначе первая команда переводит $x$ либо в $x - 1$, либо в $\left\lfloor x/2 \right\rfloor$, поэтому

$$f(x, y) = f(x - 1,\, y) + f\big(\left\lfloor x/2 \right\rfloor,\, y\big).$$

from functools import lru_cache

@lru_cache(None)
def f(x, y):          # сколько программ переводят число x в число y
    if x == y:
        return 1      # пустая программа
    if x < y:
        return 0      # число стало меньше нужного - обратно уже не вернуть
    return f(x - 1, y) + f(x // 2, y)

print(f(31, 12) * f(12, 2))

Получаем $f(31, 12) = 9$ и $f(12, 2) = 19$, то есть всего $9 \cdot 19 = 171$ программ. Ответ: 171