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分治演算法距離

發布時間:2023-08-13 12:41:29

❶ 分治演算法——漢諾塔問題

一、分治演算法概念
     
「分而治之」,就是把一個復雜的問題分成兩個或更多的相同或相似的子問題,再把子問題分成更小的子問題,直到最後子問題可以簡單的直接求解,原問題的解即子問題的解的合並。

        這個技巧是很多高效演算法的基礎,如排序演算法(快速排序,歸並排序),傅立葉變換(快速傅立葉變換) 。

        任何一個可以用計算機求解的問題所需的計算時間都與其規模有關。問題的規模越小,越容易直接求解,解題所需的計算時間也越少。例如,對於n個元素的排序問題,當n=1時,不需任何計算。n=2時,只要作一次比較即可排好序。n=3時只要作3次比較即可,…。而當n較大時,問題就不那麼容易處理了。要想直接解決一個規模較大的問題,有時是相當困難的。

二、分治法的設計思想

        將一個難以直接解決的大問題,分割成一些規模較小的相同問題,以便各個擊破,分而治之。

三、分治策略

        對於一個規模為n的問題,若該問題可以容易地解決(比如說規模n較小)則直接解決,否則將其分解為k個規模較小的子問題,這些子問題互相獨立且與原問題形式相同,遞歸地解這些子問題,然後將各子問題的解合並得到原問題的解。這種演算法設計策略叫做分治法。

四、分治法實現步驟

①分解:將原問題分解為若干個規模較小,相互獨立,與原問題形式相同的子問題;②解決:若子問題規模較小而容易被解決則直接解,否則遞歸地解各個子問題;③合並:將各個子問題的解合並為原問題的解。

它的一般的演算法設計模式如下:                                                                                           Divide-and-Conquer(P)                                                                                                          1. if |P|≤n0                                                                                                                               2. then return(ADHOC(P))                                                                                                     3. 將P分解為較小的子問題 P1 ,P2 ,…,Pk                                                                                     4. for i←1 to k                                                                                                                        5. do yi ← Divide-and-Conquer(Pi)  遞歸解決Pi                                                                    6. T ← MERGE(y1,y2,…,yk)  合並子問題                                                                              7. return(T)

五、可使用分治法求解的一些經典問題                                                                             (1)二分搜索 

 (2)大整數乘法

(3)Strassen矩陣乘法

(4)棋盤覆蓋 

 (5)合並排序

(6)快速排序

(7)線性時間選擇

 (8)最接近點對問題

 (9)循環賽日程表

(10)漢諾塔

程序員都應該精通的六種演算法,你會了嗎

對於一名優秀的程序員來說,面對一個項目的需求的時候,一定會在腦海里浮現出最適合解決這個問題的方法是什麼,選對了演算法,就會起到事半功倍的效果,反之,則可能會使程序運行效率低下,還容易出bug。因此,熟悉掌握常用的演算法,是對於一個優秀程序員最基本的要求。


那麼,常用的演算法都有哪些呢?一般來講,在我們日常工作中涉及到的演算法,通常分為以下幾個類型:分治、貪心、迭代、枚舉、回溯、動態規劃。下面我們來一一介紹這幾種演算法。


一、分治演算法


分治演算法,顧名思義,是將一個難以直接解決的大問題,分割成一些規模較小的相同問題,以便各個擊破,分而治之。


分治演算法一般分為三個部分:分解問題、解決問題、合並解。

分治演算法適用於那些問題的規模縮小到一定程度就可以解決、並且各子問題之間相互獨立,求出來的解可以合並為該問題的解的情況。


典型例子比如求解一個無序數組中的最大值,即可以採用分治演算法,示例如下:


def pidAndConquer(arr,leftIndex,rightIndex):

if(rightIndex==leftIndex+1 || rightIndex==leftIndex){

return Math.max(arr[leftIndex],arr[rightIndex]);

}

int mid=(leftIndex+rightIndex)/2;

int leftMax=pidAndConquer(arr,leftIndex,mid);

int rightMax=pidAndConquer(arr,mid,rightIndex);

return Math.max(leftMax,rightMax);


二、貪心演算法


貪心演算法是指在對問題求解時,總是做出在當前看來是最好的選擇。也就是說,不從整體最優上加以考慮,他所做出的僅是在某種意義上的局部最優解。


貪心演算法的基本思路是把問題分成若干個子問題,然後對每個子問題求解,得到子問題的局部最優解,最後再把子問題的最優解合並成原問題的一個解。這里要注意一點就是貪心演算法得到的不一定是全局最優解。這一缺陷導致了貪心演算法的適用范圍較少,更大的用途在於平衡演算法效率和最終結果應用,類似於:反正就走這么多步,肯定給你一個值,至於是不是最優的,那我就管不了了。就好像去菜市場買幾樣菜,可以經過反復比價之後再買,或者是看到有賣的不管三七二十一先買了,總之最終結果是菜能買回來,但搞不好多花了幾塊錢。


典型例子比如部分背包問題:有n個物體,第i個物體的重量為Wi,價值為Vi,在總重量不超過C的情況下讓總價值盡量高。每一個物體可以只取走一部分,價值和重量按比例計算。

貪心策略就是,每次都先拿性價比高的,判斷不超過C。


三、迭代演算法


迭代法也稱輾轉法,是一種不斷用變數的舊值遞推新值的過程。迭代演算法是用計算機解決問題的一種基本方法,它利用計算機運算速度快、適合做重復性操作的特點,讓計算機對一組指令(或一定步驟)進行重復執行,在每次執行這組指令(或這些步驟)時,都從變數的原值推出它的一個新值。最終得到問題的結果。


迭代演算法適用於那些每步輸入參數變數一定,前值可以作為下一步輸入參數的問題。


典型例子比如說,用迭代演算法計算斐波那契數列。


四、枚舉演算法


枚舉演算法是我們在日常中使用到的最多的一個演算法,它的核心思想就是:枚舉所有的可能。枚舉法的本質就是從所有候選答案中去搜索正確地解。

枚舉演算法適用於候選答案數量一定的情況。


典型例子包括雞錢問題,有公雞5,母雞3,三小雞1,求m錢n雞的所有可能解。可以採用一個三重循環將所有情況枚舉出來。代碼如下:



五、回溯演算法


回溯演算法是一個類似枚舉的搜索嘗試過程,主要是在搜索嘗試過程中尋找問題的解,當發現已不滿足求解條件時,就「回溯」返回,嘗試別的路徑。

許多復雜的,規模較大的問題都可以使用回溯法,有「通用解題方法」的美稱。


典型例子是8皇後演算法。在8 8格的國際象棋上擺放八個皇後,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇後都不能處於同一行、同一列或同一斜線上,問一共有多少種擺法。


回溯法是求解皇後問題最經典的方法。演算法的思想在於如果一個皇後選定了位置,那麼下一個皇後的位置便被限制住了,下一個皇後需要一直找直到找到安全位置,如果沒有找到,那麼便要回溯到上一個皇後,那麼上一個皇後的位置就要改變,這樣一直遞歸直到所有的情況都被舉出。


六、動態規劃演算法


動態規劃過程是:每次決策依賴於當前狀態,又隨即引起狀態的轉移。一個決策序列就是在變化的狀態中產生出來的,所以,這種多階段最優化決策解決問題的過程就稱為動態規劃。


動態規劃演算法適用於當某階段狀態給定以後,在這階段以後的過程的發展不受這段以前各段狀態的影響,即無後效性的問題。


典型例子比如說背包問題,給定背包容量及物品重量和價值,要求背包裝的物品價值最大。


❸ 分治演算法幾個經典例子

分治法,字面意思是「分而治之」,就是把一個復雜的1問題分成兩個或多個相同或相似的子問題,再把子問題分成更小的子問題直到最後子問題可以簡單地直接求解,原問題的解即子問題的解的合並,這個思想是很多高效演算法的基礎。

圖二

大整數乘法

Strassen矩陣乘法

棋盤覆蓋

合並排序

快速排序

線性時間選擇

最接近點對問題

循環賽日程表

漢諾塔

❹ 分治演算法是什麼呢

分治演算法的基本思想是將一個規模為N的問題分解為K個規模較小的子問題,這些子問題相互獨立且與原問題性質相同。求出子問題的解,就可得到原問題的解。即一種分目標完成程序演算法,簡單問題可用二分法完成。

解題步驟

分治法解題的一般步驟:

(1)分解,將要解決的問題劃分成若干規模較小的同類問題;

(2)求解,當子問題劃分得足夠小時,用較簡單的方法解決;

(3)合並,按原問題的要求,將子問題的解逐層合並構成原問題的解。

❺ 最通俗、簡單的分治演算法思想

分治演算法的基本思想是將一個計算復雜的問題分為規模較小,計算簡單的小問題求解 ,然後綜合各個小問題,而得到最終問題的答案。分治演算法的執行過程如下:
♦對於一個規模為N的問題,若該問題可以容易地解決(比如說規模N較小),則直接解決,否則執行下面的步驟。
♦將該分解為M個規模較小的子問題,這些子問題互相獨立,並且與原問題形式相同。
♦遞歸地解這些子問題。
♦然後,將各子問題的解合並得到原問題的解。

問:一個袋子里有30個硬幣,其中一枚是假幣,並且假幣和真幣一模一樣,肉眼很難分辨,目前只知道假幣比真幣重量輕一點。請問如何區分出假幣呢? 可以採用遞歸分治的思想來求解這個問題:
♦首先為每個銀幣編號,然後可以將所有的銀幣等分為兩分,放在天平的兩邊。這樣就將區分30個硬幣的問題,變為區別兩堆硬幣的問題。
♦因為假銀幣的分量較輕,因此天平較輕的一側中一定包含假銀幣。
♦再將較輕的一側中的硬銀幣等分為兩分,重復上述的做法。鄭念絕
♦直到剩下2枚高拆硬銀幣,可用天平直接找出假銀幣來。

運行結果
分治喊姿演算法求解假的銀幣問題!
請輸入硬幣的數量:13
請輸入每個硬幣的質量:
第1個:2
第2個:2
第3個:2
第4個:2
第5個:2
第6個:2
第7個:2
第8個:2
第9個:2
第10個:1
第11個:2
第12個:2
第13個:2
第10個為假幣!!

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