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算法二:分而治之
阅读量:5220 次
发布时间:2019-06-14

本文共 5594 字,大约阅读时间需要 18 分钟。

分而治之方法与软件设计的模块化方法非常相似。为了解决一个大的问题,可以:

 1) 把它分成两个或多个更小的问题;

 2) 分别解决每个小问题;

  3) 把各小问题的解答组合起来,即可得到原问题的解答。小问题通常与原问题相似,可以递归地使用分而治之策略来解决

 

1.[金块问题]

有一个老板有一袋金块。每个月将有两名雇员会因其优异的表现分别被奖励一个金块。按规矩,排名第一的雇员将得到袋中最重的金块,排名第二的雇员将得到袋中最轻的金块。根据这种方式,除非有新的金块加入袋中,否则第一名雇员所得到的金块总是比第二名雇员所得到的金块重。如果有新的金块周期性的加入袋中,则每个月都必须找出最轻和最重的金块。假设有一台比较重量的仪器,我们希望用最少的比较次数找出最轻和最重的金块。

其实这个问题和编程之美中的2.10是同一类型的。

  2.

在一个2k x 2k ( 即:2^k x 2^k )个方格组成的棋盘中,恰有一个方格与其他方格不同,称该方格为一特殊方格,且称该棋盘为一特殊棋盘。在棋盘覆盖问题中,要用图示的4种不同形态的L型骨牌覆盖给定的特殊棋盘上除特殊方格以外的所有方格,且任何2个L型骨牌不得重叠覆盖。

 

    这里我们用分治法解决该问题。分治法是把一个规模很大的问题分解为多个规模较小、类似的子问题,然后递归地解决所有子问题,最后再由子问题的解决得到原问题的解决。

【解题思路】:将2^k x 2^k的棋盘,先分成相等的四块子棋盘,其中特殊方格位于四个中的一个,构造剩下没特殊方格三个子棋盘,将他们中的也假一个方格设为特殊方格。如果是:
左上的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘右下角的那个方格假设为特殊方格
右上的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘左下角的那个方格假设为特殊方格
左下的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘右上角的那个方格假设为特殊方格
右下的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘左上角的那个方格假设为特殊方格

当然上面四种,只可能且必定只有三个成立,那三个假设的特殊方格刚好构成一个L型骨架,我们可以给它们作上相同的标记。这样四个子棋盘就分别都和原来的大棋盘类似,我们就可以用递归算法解决。

// 残缺棋盘问题        public static void TileBoard(int[][] board, int tr, int tc, int dr, int dc, int size, ref int number)        {            if (size == 1)            {                return;            }            int t = number++; // 骨盘号自增             int s = (size >>1); // 分割棋盘                        // 覆盖四分之一左上限子棋盘              if (dr < tr + s && dc < tc + s)            {                TileBoard(board, tr, tc, dr, dc, s, ref number);            }            else            {                board[tr+s -1][tc+s -1] =t; // 覆盖右下角                TileBoard(board, tr, tc, tr + s - 1, tc + s - 1, s, ref number);            }            // 覆盖四分之一右上限子棋盘              if (dr < tr + s && dc >= tc + s)            {                TileBoard(board, tr, tc +s , dr, dc, s, ref number);            }            else            {                board[tr + s - 1][tc + s] = t; // 覆盖左下角                TileBoard(board, tr, tc+s, tr + s - 1, tc + s , s, ref number);            }            // 覆盖四分之一左下限子棋盘              if (dr >= tr + s && dc < tc + s)            {                TileBoard(board, tr +s, tc, dr, dc, s, ref number);            }            else            {                board[tr + s][tc + s -1] = t; // 覆盖右上角                              TileBoard(board, tr +s, tc, tr + s, tc + s -1, s, ref number);            }            // 覆盖四分之一右下限子棋盘              if (dr >= tr + s && dc >= tc + s)            {                TileBoard(board, tr + s, tc + s, dr, dc, s, ref number);            }            else            {                board[tr + s][tc + s] = t; // 覆盖左上角                TileBoard(board, tr + s, tc + s, tr + s, tc + s, s, ref number);            }        }
3. 二分归并排序 
// 二路归并排序算法的实现        public static void MergeShort(int[] array)        {            int increaseMent = 1;            while (increaseMent < array.Length)            {                Merge(array, increaseMent);                increaseMent <<= 1;            }        }        // 一趟二路归并排序算法的实现        public static void Merge(int[] array, int increaseMent)        {            int[] tempArray = new int[array.Length];            int lastIndex = array.Length - 1;            int l1 = 0;   //第1个有序表的起始位置            int h1 = 0;   //第1个有序表的结束位置            int l2 = 0;   //第2个有序表的起始位置            int h2 = 0;   //第2个有序表的结束位置            int m = 0;   //临时表的初始位置            // 注意这里的临界条件(l2要存在,L2的index是: l1 + increaseMent<=lastIndex)            while (l1 + increaseMent <= lastIndex)            {                l2 = l1 + increaseMent;                h1 = l2 - 1;                h2 = l2 + increaseMent -1 < lastIndex ? l2 + increaseMent -1 : lastIndex;                int i = l1;                int j = l2;                //两个有序表中的记录没有排序完                while (i <= h1 && j <= h2)                {                    //第1个有序表记录的关键码小于第2个有序表记录的关键码                    if (array[i] < array[j])                    {                        tempArray[m++] = array[i++];                    }                    else //第2个有序表记录的关键码小于第1个有序表记录的关键码                    {                        tempArray[m++] = array[j++];                    }                }                //第1个有序表中还有记录没有排序完                while (i <= h1)                {                    tempArray[m++] = array[i++];                }                //第2个有序表中还有记录没有排序完                while (j <= h2)                {                    tempArray[m++] = array[j++];                }                l1 = h2 + 1;            }            //原顺序表中还有记录没有排序完            while (l1 <=lastIndex)            {                tempArray[m++] = array[l1++];            }            //临时顺序表中的记录复制到原顺序表,使原顺序表中的记录有序            for (int i = 0; i < array.Length; i++)            {                array[i] = tempArray[i];            }        }

 4. 快速排序

// 快速排序(分而治之)        public static void QuickShort(int[] array, int low, int high)        {            int i = low;            int j = high;            int tempItem = array[low];            while (low < high)            {                while (array[high] > tempItem                       && high > low)                {                    high--;                }                array[low] = array[high];                while (array[low] <= tempItem                      && low < high)                {                    low++;                }                array[high] = array[low];            }                       array[low] = tempItem;            if (i < low - 1)            {                QuickShort(array, i, low - 1);            }            if (low + 1 < j)            {                QuickShort(array, low + 1, j);            }        }

 

转载于:https://www.cnblogs.com/Jessy/p/3502035.html

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