Java編程內(nèi)功-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法「分治算法」
算法介紹
- 分治法是一種很重要的算法。字面上的解釋是“分而治之”,就是把一個復(fù)雜的問題分成兩個或更多相同或相似的子問題,再把子問題分成更小的子問題…直到最后子問題可以簡單的直接求解,原問題解即是子問題的解的合并。這個技巧是很多高效算法的基礎(chǔ),如排序算法(快速排序、歸并排序),傅里葉變換(快速傅里葉變換)...
- 分支算法可以求解的一些經(jīng)典文圖:二分搜索、大整數(shù)乘法、棋盤覆蓋、合并排序、快速排序、線性時間選擇、最接近點對問題、循環(huán)賽日程表、漢諾塔。
分治算法的基本步驟
分治法在每一層遞歸上都有三個步驟:
- 分解:將原有問題分解為若干個規(guī)模較小,相互獨立,與原問題形式相同的子問題
- 解決:若干子問題規(guī)模較小而容易被解決則直接解決,否則遞歸地解決各個子問題
- 合并:將各個子問題的解合并為原問題的解
分治算法設(shè)計模式
分治(Divide-and-Conquer(P))算法模式如下圖,
其中|P| 表示問題P的規(guī)模,n0為一閥值,表示當問題p的規(guī)模不超過n0時,問題已容易直接解出,不必再繼續(xù)分解。ADHOC(P)是該分治算法中的基本子算法,用于直接解小規(guī)模的問題P。因此,當P的規(guī)模不超過n0時直接用ADHOC(P)求解。算法MERGE(y1,y2,…yk)是該分治法中的合并子算法,用于將P的子問題P1,P2,…Pk的相應(yīng)解y1,y2…yk合并為P的解。
分治算法實踐-漢諾塔
在一根柱子上從下往上按照大小順序放著64片黃金圓盤,把圓盤從下面開始按大小順序重新擺放在另一根柱子上,并且規(guī)定,在小圓盤上不能放大圓盤,在三根柱子之間一次只能移動一個盤。
思路分析:
- 如果是有一個盤,A->C
- 如果是 n>=2 盤情況,我們總是可以看成兩個盤,一個是最下邊的一個盤,一個是上面的所有盤:先把最上面的所有盤從A移動到B,把最下面的一個盤從A移動到C,把B塔的所有盤從B移動到C。
- package com.xie.algorithm;
- public class Hanoitower {
- public static void main(String[] args) {
- hanoiTower(3, 'A', 'B', 'C');
- /**
- * 第1個盤從A->C
- * 第2個盤從A->B
- * 第1個盤從C->B
- * 第3個盤從A->C
- * 第1個盤從B->A
- * 第2個盤從B->C
- * 第1個盤從A->C
- */
- }
- public static void hanoiTower(int num, char a, char b, char c) {
- //如果只有一個盤
- if (num == 1) {
- System.out.println("第1個盤從" + a + "->" + c);
- } else {
- //如果是 n>=2 盤情況,我們總是可以看成兩個盤,一個是最下邊的一個盤,一個是上面的所有盤
- //1.先把最上面的盤從A移動到B,移動過程會使用到C
- hanoiTower(num - 1, a, c, b);
- //2.把最下面的一個盤從A移動到C
- System.out.println("第" + num + "個盤從" + a + "->" + c);
- //3.把B塔的所有盤從B移動到C,移動過程使用到A塔
- hanoiTower(num - 1, b, a, c);
- }
- }
- }
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