贪心法习题汇总参考模板范本.doc
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1、贪心法习题汇总贪心法习题汇总3.1排队接水源程序名 water.?(pas, c, cpp)可执行文件名 water.exe输入文件名 water.in输出文件名 water.out【问题描述】 有n个人在一个水龙头前排队接水,假如每个人接水的时间为Ti,请编程找出这n个人排队的一种顺序,使得n个人的平均等待时间最小。【输入】 输入文件共两行,第一行为n;第二行分别表示第1个人到第n个人每人的接水时间T1,T2,Tn,每个数据之间有1个空格。【输出】 输出文件有两行,第一行为一种排队顺序,即1到n的一种排列;第二行为这种排列方案下的平均等待时间(输出结果精确到小数点后两位)。【样例】water
2、.inwater.out103 2 7 8 1 4 9 6 10 556 12 1 99 1000 234 33 55 99 812291.90【算法分析】平均等待时间是每个人的等待时间之和再除以n,因为n是一个常数,所以等待时间之和最小,也就是平均等待时间最小。假设是按照1n的自然顺序排列的,则这个问题就是求以下公式的最小值:如果用穷举的方法求解,就需要我们产生n个人的所有不同排列,然后计算每种排列所需要等待的时间之和,再“打擂台”得到最小值,但这种方法需要进行n!次求和以及判断,时间复杂度很差!其实,我们认真研究一下上面的公式,发现可以改写成如下形式:这个公式何时取最小值呢?对于任意一种排
3、列k1, k2, k3, , kn,当时,total取到最小值。如何证明呢?方法如下:因为假设ij,而,这是的和为total1,而把ki和kj互换位置,设新的和为total2,则:我们发现上述total恒大于0,所以也说明了任何次序的改变,都会导致等待时间的增加。从而证明了我们的设想。既然如此,我们就得到了一种最有贪心策略:把接水时间少的人尽可能排在前面。这样一样,问题的本质就变成:把n个等待时间按非递减顺序排列,输出这种排列,并求出这种排列下的平均等待时间。3.2智力大冲浪源程序名 riddle.?(pas, c, cpp)可执行文件名 riddle.exe输入文件名 riddle.in输出
4、文件名 riddle.out【问题描述】 小伟报名参加中央电视台的智力大冲浪节目。本次挑战赛吸引了众多参赛者,主持人为了表彰大家的勇气,先奖励每个参赛者m元。先不要太高兴!因为这些钱还不一定都是你的?!接下来主持人宣布了比赛规则: 首先,比赛时间分为n个时段(n500),它又给出了很多小游戏,每个小游戏都必须在规定期限ti前完成(1tin)。如果一个游戏没能在规定期限前完成,则要从奖励费m元中扣去一部分钱wi,wi为自然数,不同的游戏扣去的钱是不一样的。当然,每个游戏本身都很简单,保证每个参赛者都能在一个时段内完成,而且都必须从整时段开始。主持人只是想考考每个参赛者如何安排组织自己做游戏的顺序
5、。作为参赛者,小伟很想赢得冠军,当然更想赢取最多的钱!注意:比赛绝对不会让参赛者赔钱!【输入】输入文件riddle.in,共4行。第1行为m,表示一开始奖励给每位参赛者的钱;第2行为n,表示有n个小游戏;第3行有n个数,分别表示游戏1到n的规定完成期限;第4行有n个数,分别表示游戏1到n不能在规定期限前完成的扣款数。【输出】输出文件riddle.out,仅1行。表示小伟能赢取最多的钱。【样例】riddle.inriddle.out10000995074 2 4 3 1 4 670 60 50 40 30 20 10【算法分析】 因为不同的小游戏不能准时完成时具有不同的扣款权数,而且是最优解问题
6、,所以本题很容易就想到了贪心法。贪心的主要思想是要让扣款数值大的尽量准时完成。这样我们就先把这些任务按照扣款的数目进行排序,把大的排在前面,先进行放置。假如罚款最多的一个任务的完成期限是k,我们应该把它安排在哪个时段完成呢?应该放在第k个时段,因为放在1k任意一个位置,效果都是一样的。一旦出现一个不可能在规定时限前完成的任务,则把其扔到最大的一个空时间段,这样必然是最优的,因为不能完成的任务,在任意一个时间段中罚款数目都是一样的,具体实现请看下面的参考程序1。 本题也可以有另外一种贪心算法,即先把所有的数据按照结束时间的先后排序,然后从前向后扫描。 当扫描到第n个时段,发现里面所分配的任务的结
7、束时间等于n-1,那么就说明在前面这些任务中必须舍弃一个,于是再扫描第1n这n个时段,挑出一个最小的去掉并累加扣款值,然后再去调整排列顺序,让后面的元素填补前面的空缺,具体实现请看下面的参考程序2。3.3取火柴游戏源程序名 match.?(pas, c, cpp)可执行文件名 match.exe输入文件名 match.in输出文件名 match.out【问题描述】 输入k及k个整数n1,n2,nk,表示有k堆火柴棒,第i堆火柴棒的根数为ni;接着便是你和计算机取火柴棒的对弈游戏。取的规则如下:每次可以从一堆中取走若干根火柴,也可以一堆全部取走,但不允许跨堆取,也不允许不取。 谁取走最后一根火柴
8、为胜利者。 例如:k2,n1n22,A代表你,P代表计算机,若决定A先取: A:(2,2)(1,2) 从一堆中取一根 P:(1,2)(1,1) 从另一堆中取一根 A:(1,1)(1,0) P:(1,0) (0,0) P胜利 如果决定A后取: P:(2,2)(2,0) A:(2,0) 0,0) A胜利 又如k3,n1=1,n22,n33,A决定后取: P:(1,2,3)(0,2,3) A:(0,2,3)(0,2,2) A已将游戏归结为(2,2)的情况,不管P如何取A都必胜。 编一个程序,在给出初始状态之后,判断是先取必胜还是先取必败,如果是先取必胜,请输出第一次该如何取。如果是先取必败,则输出“
9、lose”。【样例1】match.inmatch.out34 3表示第一次从第3堆取4个出来,必胜3 6 93 6 5第一次取后的状态【样例2】match.inmatch.out4lose先取必败15 22 19 10【算法分析】 从问题的描述分析,可以将问题中的k堆火柴棒抽象为k个非负整数,而每取一次火柴棒可抽象为使其中的一个自然数变小,当所有的数都变为0时,游戏结束,最后次取火柴棒的人为胜方。 当k较小,且k堆火柴棒也都较小时,可使用递推的方法来处理这个问题,具体做法是从终了状态(全零)反推出初始状态的值是先取必胜还是先取必败,因为某一状态的值可以从它的所有的取一次后的下一状态得到,如果某
10、状态的所有的下一状态都为先取必败,则这一状态为先取必胜,否则为先取必败。 但当k和ni都很大时,上述方法很难行得通,为了解决这个问题,首先引进关于n个非负整数的奇偶状态的定义:如果把n个非负整数都化成二进制数,然后对n个二进制数按位相加(不进行进位),若每一位相加的结果都为偶数,则称这n个非负整数的状态为偶状态,否则称之为奇状态。可以证明:任何一个偶状态在某一个数变小后一定成为奇状态,而对任何一个奇状态,必定可以通过将某一个数的值变小,使得改变后的状态成为偶状态。前一种情况是显然的,因为一个数变小以后其对应的二进制数至少有一位发生改变。这一位的改变就破坏了原来的偶状态。后一种情况可以通过构造的
11、方法来证明,首先对任何一个奇状态,从高位向低位寻找到第一位按位加之和为奇数的二进制位,设这一位为第k位,则n个数的对应的二进制数中至少存在一个数,其第k位为1,将这个二进制数的第k位变成0,则所有二进制数的第k位上的数字之和就变成了偶数。然后再对这个数的比k位低的所有位作如下调整:如果所有二进制数在该位按位加之和为偶数,则不改变该位的值,否则改变该数在该位的值,若原来的值为0,则改为1,若原来的值为1,则改为0,这样就构造出了一个偶状态,并且被改变的那个数一定变小了,因为这个数被改变的所有二进制位中的最高位从1变成了0。 如n3时,三堆火柴棒的数量分别为3,6,9,则3(0011)2,6(01
12、10)2,9(1001)2,最高位之和为1,其中9对应的二进制数的最高位为1,将其变为0,次高位之和也是1,9对应的二进制数的次高位为0,根据证明过程将其变为1,最后二位数字之和均为偶数,无需作任何改变,这样9(1001)2被变成了(0101)2=5,显然,3=(0011)2,6=(0110)2,5=(0101)2是一个偶状态。 有了前面的分析,一种贪心算法就出来了。程序中用n个包含16个元素的数组(线性表)来存放对每个非负整数对应的二进制数,如bi, 0存放第i个数的最低位,n个数的状态取决于它们对应的二进制数的各位数字之和的奇偶性,而各位数字之和的奇偶性只需用0和1来表示,0表示偶,1表示
13、奇。最后的状态(全0)为偶状态,所以开始状态为偶状态时,先取必败,因为先取后局面变成了奇状态,后取方一定可将字取成偶状态,直至取光为止。反之则先取必胜。【后记】大家都知道国际象棋特级大师卡斯帕罗夫与IBM公司研制的“深蓝”超级计算机进行国际象棋人机大战的事吧! 有了以上算法后,我们也可以编写出这样一个游戏程序。让程序代表计算机与人做取火柴棒游戏,由人或计算机先取,要求你编的程序能够尽可能使计算机获胜。3.4加工生产调度源程序名 prod.?(pas, c, cpp)可执行文件名 prod.exe输入文件名 prod.in输出文件名 prod.out【问题描述】 某工厂收到了n个产品的订单,这n
14、个产品分别在A、B两个车间加工,并且必须先在A车间加工后才可以到B车间加工。 某个产品i在A、B两车间加工的时间分别为Ai、Bi。怎样安排这n个产品的加工顺序,才能使总的加工时间最短。这里所说的加工时间是指:从开始加工第一个产品到最后所有的产品都已在A、B两车间加工完毕的时间。【输入】第一行仅个数据n(0n1000),表示产品的数量。接下来n个数据是表示这n个产品在A车间加工各自所要的时间(都是整数)。最后的n个数据是表示这n个产品在B车间加工各自所要的时间(都是整数)。【输出】 第一行一个数据,表示最少的加工时间; 第二行是一种最小加工时间的加工顺序。【样例】prod.in53 5 8 7
15、106 2 1 4 9prod.out341 5 4 2 3【算法分析】 本题是要求一个加工顺序使得总的加工时间最少,而要使加工时间最少,就是让各车间的空闲时间最少。一旦A车间开始加工,便会不停地进行加工(我们不要去管车间是否能够一直生产,因为他们有三班,可以24时间不停地运转)。关键是B车间在生产的过程中,有可能要等待A车间的初加工产品。很显然所安排的第一个产品在A车间加工时,B车间是要等待的,最后一个产品在B车间加工时,A车间已经完成了任务。 要使总的空闲时间最少,就要把在A车间加工时间最短的部件优先加工,这样使得B车间能以最快的速度开始加工;把放在B车间加工时间最短的产品放在最后加工,这
16、样使得最后A车间的空闲时间最少。 设计出这样的贪心法: 设MiminAi,Bi 将M按照由小到大的顺序排序,然后从第一个开始处理,如果Mi=Ai,则将它安排在从头开始的已经安排的生产顺序后面,如果MiBi,则将它安排在从尾开始的已安排的生产顺序前面。 这种安排是否是最少的加工时间,还要通过数学证明。证明如下: 设SJ1,J2,Jn),是等待加工的作业序列,如果A车间开始加工S中的产品时,B车间还在加工其他产品,t时刻后B车间就可利用A车间加工过的产品。在这样的条件下,加工S中任务所要的最短时间T(S, t)=minAi+T(s-Ji,Bi+maxt-Ai, 0),其中,JiS。图3-1是加工作
17、业i时A车间等待B车间的情况:图3-1 A等B的情况图3-2是加工作业i时B车间等待A车间的情形:图3-2 B等A的情况假设最佳的方案中,先加工作业Ji,然后再加工作业Jj,则有:如果,则如果,则如果,则如果将作业Ji和作业Jj的加工顺序调整,则有:其中,按照上面的假设,有T5,可以证明当将h拆分为两个不相同的部分并且两部分都大于1时两部分的乘积大于h。证明如下: 将h分为两部分:a,h-a其中2a2*a,所以a*(h-a)-h2*a*(a-1)-a*a=a*a-2*a=a*(a-2) 又因为a2,所以a*(a-2)=0,所以a*(h-a)-hO即a*(h-a)h。从上面的证明可以看出,对于指
18、定的正整数,如果其大于等于5,将它拆分为不同的部分后乘积变大,对于中间结果也是如此。因此可以将指定的n,依次拆成a1+a2+a3+a4+am,乘积最大。现在的问题是如何拆分才能保证na1+a2+a3+a4+am呢?可以先这样取:当和不足n时,a1取2,a2取3,am-1取m,即从2开始按照自然数的顺序取数,最后剩余的数给am,如果am=am-1,此时am跟前面的数字出现了重复,则把am从后面开始平均分布给前面的m-1个数。为什么要从后面开始往前呢?同样是考虑数据不出现重复的问题,如果是从前面往后面来平均分配,如2加上1以后变成3,就跟后面的已有的3出现了重复。这样操作到底是否正确、是否能保证乘
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