六种常用算法(摘录)

算法就是能够证明正确的解题步骤,算法有许多种,最简单的无非下面的六种:递推法、贪心法、列举法、递归法、分治法和模拟法。下面举例说明。

 

什么是递推法

递推法这种解题方法其实在我们编程的过程中用的很多,只不过没有将其上升到理论的高度罢了。所谓递推法,就是找出和时间先后相联系或和数的大小相联系的步骤,上一步和下一步和数字的增大或减小有一定的联系。我们要么从前向后(或从小到大)推导,也可从后向前(或从大到小)推导。由此得出两种推导方法:顺推法和倒推法。请看下面的示例。

示例:猴子分食桃子

五只猴子采得一堆桃子,猴子彼此约定隔天早起后再分食。不过,就在半夜里,一只猴子偷偷起来,把桃子均分成五堆后,发现还多一个,它吃掉这桃子,并拿走了其中一堆。第二只猴子醒来,又把桃子均分成五堆后,还是多了一个,它也吃掉这个桃子,并拿走了其中一堆。第三只,第四只,第五只猴子都依次如此分食桃子。那么桃子数最少应该有几个呢?

编程简析

怎样编程呢?先要找一下第N只猴子和其面前桃子数的关系。如果从第1只开始往第5只找,不好找,但如果思路一变,从第N到第1去,可得出下面的推导式:

N只猴   N只猴前桃子数目

5          s5=x

4          s4=s5*5/4+1

3          s3=s4*5/4+1

2          s2=s3*5/4+1

1          s1=s2*5/4+1

s1即为所求。上面的规律中只要将s1-s5的下标去掉:

s=x

s=s*5/4+1

s=s*5/4+1

s=s*5/4+1

s=s*5/4+1

所以可以用循环语句加以解决。

综观程序的整体结构,最外是一个循环,因为循环次数不定,可以使用While循环,其结束条件则是找到第一个符合条件的数。为了做出上面while循环的结束条件,还需进一步分析上述规律的特点,要符合题目中的要求,s1-s4四个数必须全部为整数,这个可作为条件。

小结

上面应用的推导方法就是倒推法。生活中的更多问题采用顺推法就可得到,也即从1-N,但不论倒推还是顺推,能递推出并解出问题是我们的本意。

 

 

什么是贪心法

贪心法就是做一种目前最贪婪的行动,一步步解决问题。贪心法和递推法有相似之外,也是从问题的某一个初始解出发,向给定的目标递推,但不同的是每一步不是依据某一个固定的递推式,而是做一个当时看似最佳的贪心选择,不断地将问题归结为更小的相似的问题。

示例:删数问题

链盘输入一个高精度的数N,去掉任意S个数字后剩下的数字按原左右次序组成一个新的正整数,编程对于给定的NS,寻找一种方案使得剩下的数字组成的新数最小。

为了便于操作,将N做为字符串的形式输入,可以使用尽可能逼近目标的贪心算法来完成,删数的过程中是一个一个进行删除的,为了保证最后得到的数最小,每一步总是要删除使剩下的数最小的数字。之所以做出这样贪心的选择,是因为删S个数字的最优解,包含了删除一个数字的子问题的最优解。

为了实现上述目的,我们可以进行S次选择,每次都选择N中最大的数字,此数字选择后将不再参与下次的选择。

小结

这就是有趣的贪心算法,说是贪得无厌可以,说是守住当前的既得利益,以此为基础,再稳扎稳打地进行下一步也行!

 

 

什么是列举法

列举是针对问题所有的可能一一查看是不是符合条件,有些“宁肯错杀一千,不可放过一个”的作风。下面的老题最能说明这种情况。

示例:百钱买百鸡

公鸡3元每只,母鸡5元每只,小鸡13只,一百元钱买一百只鸡。请求出公鸡,母鸡和小鸡的数目。

编程简析

我们做最极端的假设,公鸡可能是0-100,母鸡也可能是0-100,小鸡还可能是0-100,将这三种情况用循环套起来,那就是1000000种情况。这就是列举法。为了将题目再简化一下,我们还可以对上述题目进行一下优化处理:

假设公鸡数为x,母鸡数为y,则小鸡数是100-x-y,也就有了下面的方程式:

3*x+5*y+(100-x-y)/3=100

从这个方程式中,我们不难看出大体的情况:公鸡最多有33只,最少是没有,即x的范围是0-33;母鸡最多20只,最少0只,即母鸡的范围是0-20;有了公鸡母鸡,小鸡数自然就是100-x-y只。可能的方案一共有34*21种,在这么多的方案中,可能有一种或几种正好符合相等的条件。

电脑怎样工作呢?计算机事实上就是将上述34*21种方案全部过滤一遍,找出符合百钱买百鸡条件的(也即上式),只要符合,这就是我们要的输出结果。

小结

这就是列举法,将可能的情况一网打尽;不过在应用过程中,我们最好还是做些优化,不然,要浪费好多没必要浪费的时间。

 

 

什么是递归

说白了递归就象我们讲的那个故事:山上有座庙,庙里有个老和尚,老和尚在讲故事,它讲的故事是:山上有座庙,庙里有个老和尚,老和尚在讲故事,它讲的故事是:……也就是直接或间接地调用了其自身。

就象上面的故事那样,故事中包含了故事本身。因为对自身进行调用,所以需对程序段进行包装,也就出现了函数。

函数的利用是对数学上函数定义的推广,函数的正确运用有利于简化程序,也能使某些问题得到迅速实现。对于代码中功能性较强的、重复执行的或经常要用到的部分,将其功能加以集成,通过一个名称和相应的参数来完成,这就是函数或子程序,使用时只需对其名字进行简单调用就能来完成特定功能。

函数又可分为自定义的和系统附带的,但不管是自定义的还是系统的,他们都对相应的功能进行了封装,以利于我们经常性地使用。例如我们的对一个小数取整数INT()函数,不论什么样的小数,往()中一放,将来得到的值就自动将小数去除了。函数执行完将返回一个值,当然这个值可以是各种类型的,子程序仅仅执行一个过程,不返回数值。

函数和子程序是执行递归的干将。

示例:小猴吃枣

小猴第一天摘下若干枣子,当即吃掉了一半,不过瘾又多吃了一个;第二天吃了剩下的一半又多吃了一个;以后每一天都吃了前一天剩下的一半多一个。到第十天小猴再想吃时,见到只剩下一只枣子了。问第一天这堆枣子有多少?

从上题中我们可看到一个令人欣喜的规律,第十天为1,第九到第一天中后一天与1的和的两倍与前一天相等。

小结

函数和子程序是程序瘦身计划的一部分,通过它们可以使程序中的代码适当减肥,长度维持在一个更合理的位置。这种作用和循环的瘦身作用一起,使一个执行很长的代码可以变得很简洁。这也更适合我们利用计算机作为工具的目的:人类做尽量少的工作,计算机仍能解决原先的问题。

另一个奇妙之处是:他们创造了递归!

 

什么是分治法

为了解决一个问题,算法有时需不止一次地对自身进行调用,来解决相类似的子问题。这样的算法通常称为分治法:将原问题分成n个规模较小而结构与原问题相似的子问题。下面通过排序的一种方法来看一下。

希尔排序即是采用分治法来进行排序的,又称做缩小增量排序,其思想是:把已经在数组中的数据按下标的一定增量分组,对分出的每一小组使用插入排序,随着增量逐渐减小,所分成的组包含的数据越来越多,直到减小到1时,整个数据合并成一组,构成一组有序数,则完成排序。

示例:十个数,从大到小排序。

数据放在一个数组a(10)中,假如原始数据如下:70. 53. 57. 28. 30. 77. 1. 76. 81. 70,则排序过程如下:

增量值

5:    77. 53. 76. 81. 70. 70. 1. 57. 28. 30.

2:    77. 81. 76. 70. 70. 57. 28. 53. 1. 30.

1:    81. 77. 76. 70. 70. 57. 53. 30. 28. 1.

其中上面三个增量值对应的都是以该增量完成本轮排序后的情况,看增量为5时要和原始数据比较,增量为2的情况要和5比较,1要和2比较,这样其中的规律就清楚了。

小结

在进行希尔排序时,需注意增量序列的取值方法,并且使这些序列中的值没有除1之外的公因子,且最后一个增量值必须为1

能解决问题的办法都是好办法,问题不一定整体解决才好。这就是分治的思想。

 

随机函数的出现

通过语言编程一般来说对事物的认识是很确定的了,是一就是一,是二就是二,还有一个问题,有一些不那么确定的事情该如何处理,象我们的彩票抽奖,如果是确定的了,那也就不用抽了,恐怕也就没人玩了。

对于这一类的事情,该怎么办呢?语言中为我们提供了随机函数,也就是说通过它得到的一个值将是不能确定的。

随机函数产生的秘密

计算机常常需要模拟随机选择的数目,有多种不同的方法可以产生具有随机性质的数,由于通过此种系统的方法产生的不是真正的随机数,所以一般称做伪随机数。最常用的产生伪随机数的方法称为线性同余法。公式如下,选择四个数:模数m,乘数a,增量c和种数x0,使 2a<m, 0c<m, 0x0<m,可以生成一个伪随机序列{xn},使得对于所有的n0x0<m。生成的办法是逐次同余:

xn+1=(axn+c)mod m

应用和变通

随机函数有一个范围,即Rnd 函数返回小于 1 但大于或等于 0 的小数值。但通常我们要解的问题不在这个范围内,如何解决呢?

示例:最简单的抽奖程序,做一个猜1-100之间数的游戏。

因为随机函数的范围是一个0-1之间的小数,和题目要求的范围相差很大。所以,当我们用到的值不在这个范围之内时,我们可以想点变通的办法。要想做到从1-100之间进行取数,必须扩大100倍才行。不难计算RND*100的范围却不是1-100,而是0-100,不包括0100,怎样就是1-100了呢?加上一就有了,范围成了1-101,不包括1101,只要对得到的数只取整数,这个数只要这样表达就出来了。

小结

随机函数是程序设计中一道亮丽的风景。这个函数是非常有用的,她可能是计算机语言中唯一没有理性的东东了。就好象我们人类所具有的现省心的想法,妙手偶得之的佳句。正因为这个唯一性,也就不难看出她在计算机语言中的地位了。

你可能感兴趣的:(数据结构,游戏,编程,算法,生活)