优化之烙饼问题
优化之烙饼问

在烙饼问题中的应用
在烙饼问题中,启发式搜索可以用于指导翻转操作, 以最小化翻转次数和最大化烙饼的排序效果。
具体而言,可以设计一个评估函数,用于估计当前烙 饼状态到目标状态的代价,例如基于逆序对的数量、
根据问题的性质,设定一个合理的界限, 当子问题的目标函数值超出这个界限时, 将其剪枝。
采用深度优先搜索策略,遍历所有子问题 ,记录并更新最优解。
优化效果分析
时间复杂度降低
通过分支定界法,可以大大减少 需要遍历的子问题数量,从而降 低时间复杂度。
求解质量提高
由于定界操作的存在,可以排除 一些不可能得到最优解的子问题 ,从而提高求解质量。
贪心算法
每一步都选择当前状态下的最优解,从而希望达到全局最优。时 间复杂度较低,但可能陷入局部最优解。
动态规划
将问题分解为若干个子问题,并保存子问题的解,避免重复计算 。时间复杂度适中,能够得到全局最优解。
优缺点分析
暴力枚举法
优点是实现简单,能够得到全局最优解;缺点是时间复杂度高,只 适用于问题规模较小的情况。
实际应用场景
烹饪过程优化
生产调度
计算机科学
在烹饪过程中,经常需要处理 类似的优化问题,如如何最有 效地利用烤箱或平底锅的空间 和时间来烹饪食物。
在生产线上,可能需要同时处 理多个任务,而每个任务都有 不同的完成时间和资源需求。 烙饼问题提供了一种思路来优 化生产调度,以最小化总完成 时间或最大化资源利用率。
最大连续子序列的长度等指标。
然后,根据评估函数的值选择下一个要翻转的烙饼, 直到达到目标状态或达到最大翻转次数限制。
最优化问题

题型三:用时最短
例4、五一班赵明、孙勇、李佳三位同学同时到达学校卫生室,等候校医 治病,赵明打针需要5分钟,孙勇包纱布需要3分钟,李佳点眼药水只需 要1分钟。卫生室只有一位校医,问校医如何安排三位同学的治病次序, 才能使三位同学留在卫生室的总时间最短? 赵明 孙勇 李佳 5分钟 3分钟 1分钟 5分钟 5分钟 3分钟 李佳 孙勇 赵明 1分钟 3分钟 5分钟 1分钟 1分钟 3分钟
0×10=0 1×9=9 2×8=16
3×7=21 4×6=24 5×5=25
总结:当两个数的和一定时,两个数的差越小, 乘积就越大;两个数的差越大,乘积就 越小。
两个整数的积是24,则这两个整数的和最大是多少? 1×24=24 2×12=24 3×8=24 4×6=24
1+24=25 2+12=14 3+8=11
1分钟
2+2+1=5(分钟) 答:最少需要烤5分钟。
题型二:合理安排时间
例3、妈妈让小明给客人烧水沏茶。洗水壶需要1分钟、 接水要1分钟,烧开水需要15分钟、洗茶壶需要1分钟、 洗茶杯需要1分钟,拿茶叶需要2分钟,为了使客人早点 喝上茶,你认为最合理的安排,多少分钟后能沏茶了?
分析: 不能同时进行需要按照顺序分别做的有: 洗水壶、接水、烧水 在烧开水的时候可以同时做的有: 洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶。
3、丽丽、小红、嘉嘉三人同时到后台准备表演节目,丽丽表演舞 蹈要12分钟,小红表演小品要17分钟,嘉嘉表演魔术要9分钟。这 时主持人应如何安排他们三人的表演顺序,可以使他们用的总时间 最少(包括在后台等候的时间)?共花了多少时间?
题型四:最大、最小值
两个整数的和是10,则这两个整数的乘积最大是多少? 0+10=10 1+9=10 2+8=10 3+7=10 4+6=10 5+5=10
优化之烙饼问题

(2,2,2,3)
先烙2张饼的正面和反面,
再烙2张,再烙2张,再 3×6+9=27
烙3张。
(2,2,2,2,3)
先再烙烙22张张饼,的再正烙面2张和,反再面,4×6+9=33
烙2张,再烙3张。
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来看看探 究结果吧!
B
C
烙2张饼——用6分钟 烙3张饼——用9分钟 烙4张饼——用12分钟 烙5张饼——用15分钟 烙6张饼——用18分钟 烙7张饼——用21分钟 烙8张饼——用24分钟 烙9张饼——用27分钟 烙10张饼——用30分钟
每次只能烙两张饼, 两面都要烙
同时放两张饼
1正面 2正面
1反面 2反面
3分钟
3分钟
2×3=6(分钟)
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(2,2) (2,2,2)
同时烙2张饼的正面, 再烙反面。
6
先再烙烙22张张饼。的正面或反面,2×6=12
先再烙烙22张张饼,的再正烙面2张或。反面,3×6=18
你发现 了什么?
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饼数×3=烙饼时间
100张需要几分钟呢?60分钟 最快能烙多少张饼呢?
(300) (20)
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2张最佳方法 3张最佳方法 2张 + 2张 2张 + 3张 2张 + 2张 + 2张 2张+ 2张 + 3张 2张+ 2张 + 2张 + 2张 2张 + 2张 + 2张+ 3张 2张 + 2张 + 2张 + 2张 + 3张
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数学游戏: 一个农民带着一只狗、一只羊、一筐青 菜要过河去卖。如果主人不在,狗会咬羊、 羊会吃青菜。可是这个农民每次只能带一样 东西过河,你能帮他想想办法,怎样过河才 能让羊、青菜不会有事?
数学广角优化(四年级)

数学广角——优化一、优化问题(烙饼问题、沏茶问题)1、烙饼问题:这类问题没有先后顺序,烙饼的最优方案是每一次尽可能地别让锅有空余,这样既节约时间,又节省资源。
烙饼总时间=每次烙的时间×[(烙饼总数×2)÷每次烙的饼数](烙一张饼除外)例1(烙饼问题):红太狼的平底锅每次只能烙两张饼,两面都要烙,每面需2分钟,那么,烙一张饼至少需多少分钟?烙2张饼至少需要几分钟?烙3张饼至少需要几分钟?烙10张呢?练习:1、煮一个鸡蛋需要8分钟,一口锅一次可以煮15个鸡蛋,那么,煮5个鸡蛋至少需要几分钟?煮10个、20个、30个呢?2、一口锅一次只能煎两条鱼,两面都要煎,一面要煎3分钟,要煎18条鱼,最少需要()分钟。
3、锅里每次只能烙两张饼,两面都要烙,每面烙4分钟,要烙14张饼,最快()分钟可以烙完,要烙26张饼,最快()分钟可以烙完。
4、玩一种电脑小游戏,玩一局要6分钟,可以单人玩也可以双人玩。
现有5个人要玩,且每人玩两局,至少需要()分钟。
5、用一只平底锅烙饼,每次能同时烙两张饼。
如果烙一张饼需要2分钟(假定正、反面各需要1分钟),那么要烙7张饼至少需要()分钟。
6、可可在家里烙饼,锅里每次可烙两张饼,两面都要烙,如果烙一张饼需要4分钟,烙16张饼要用()分钟。
7、烤面包时,第一面要烤2分钟,烤第二面时,面包已经比较干,只要烤1分钟就可以了。
烤面包的架子一次只能放两片面包,如果烤三片面包,最少要烤()分钟,烤4片面包至少要()分钟。
8、平底锅每次只能烙三张饼,两面都要烙,每面需2分钟,烙一张饼需要()分钟;烙3张饼需要()分钟;烙10张饼需要()分钟。
例2(沏茶问题):小明家来了客人,他准备泡茶给客人喝,已知:(1)洗水杯2分钟;(2)洗烧水壶1分钟;(3)接水1分钟;(4)烧水6分钟;(5)找茶叶1分钟;(6)泡茶1分钟。
如果你是小明,怎么合理安排事情的先后顺序,能使客人在最短的时间内喝到茶?练习:小明早晨起来是这样安排的:(1)刷牙、洗脸4分钟(2)淘米2分钟(3)用电饭锅煮饭16分钟(4)背英语单词10分钟(5)吃早饭8分钟,结果用了40分钟才去上学。
烙饼问题(数学广角)

带限制条件的烙饼问题是在传统的烙饼问题基础上,增加了各种限制条件,如烙饼的最 大和最小厚度、加热器的功率等。
详细描述
带限制条件的烙饼问题需要考虑如何在满足限制条件的前提下,最小化烙饼的加热时间。 这需要对问题进行数学建模,并运用优化算法找到最优解。限制条件可能包括烙饼的最 大和最小厚度、加热器的功率、加热方式(如是否可以同时加热多个面)等。通过合理
在日常生活中的应用
时间管理
烙饼问题可以应用于日常生活的时间 管理。例如,在同时处理多个任务时, 如何合理分配时间和资源,以达到最 优的效果。
烹饪与烘焙
在烹饪和烘焙过程中,烙饼问题可以 作为优化食物制作过程的参考。通过 合理安排食物的烹饪顺序和时间,可 以最大化利用时间和资源,同时保证 食物的口感和品质。
扩展二:不规则形状烙饼问题
总结词
不规则形状烙饼问题是在传统的烙饼问题基础上,引入了不规则的烙饼形状,使得问题更加复杂和有 趣。
详细描述
不规则形状烙饼问题需要考虑如何将不规则形状的烙饼均匀加热,同时最小化加热时间。这需要引入 几何学和拓扑学的概念,通过优化烙饼的摆放方式和加热方式,找到最优解。
扩展三:带限制条件的烙饼问题
地调整烙饼的厚度、加热器的功率和加热方式,可以找到最优解。
05 烙饼问题的实际应用
在计算机科学中的应用
算法设计与优化
烙饼问题可以作为算法设计和优化的示例,用于解决类似的时间和空间复杂度问题。例如,在动态规划、分治算 法等计算机科学领域中,烙饼问题可以作为解决问题的策略或技巧。
并行计算
在计算机科学中,烙饼问题可以应用于并行计算领域。通过将饼的烙制过程分解为多个子任务,并利用多核处理 器或分布式计算资源并行处理,可以提高计算效率。
优化---烙饼问题1

二号饼 2 正
2反
9分
三号饼
3正 3反
思维迸发中
同样是烙好三张饼,为什么会出现用 的时间不一样,你知道原因是什么吗?
关键的原因是用时多的,在烙饼时锅里的两个位置 有未占满的情况。用时最少的,锅里每次都放了两 张饼,没有空位子。
怎样做才能做到用时最少呢?
每次尽可能的占满位置,既节省了时间, 还节约了资源(少交燃料费)
1,先拿3张按优化烙饼法来烙。 2,再把剩下的饼按两个两个的来烙。 3,最后把时间加起来。
趁热打铁,巩固本领
1、请你分别算一算33张饼和45张饼 和28张饼各自最少需要多少时间烙 好,说一说你是怎么想的。
2、如果一个锅里可以同时烙3张饼,4张饼需要 多少时间?
小结:
每次尽可能的占满位置,既节省了时间, 还节约了资源(少交燃料费)
数学广角-------优化
烙饼问题
思维初展现
煮熟一个鸡蛋要用5分钟。
煮熟3个鸡蛋最快要用多长时间? 煮熟10个鸡蛋最快要用多长时间? 煮熟1000个鸡蛋最快要用多长时间?
结论:在条件允许的情况下,鸡蛋同时煮。 既节约时间,又节约能源!
问题来了,考考你
罗艺给你 们的信息1、要烙3张饼。2、锅里每次只能放两张饼
5 张
2
3
张
张
先烙2张 再烙3张 一共用时
3X2=6(分钟) 3X3=9(分钟) 6+9=15(分钟)
如果要烙15张饼,最少要用多少时间呢?
15
张
先烙12张 12÷2=6 (组)3X2X6=24(分)
12 张
3 张
再烙3张 一共用时
3X3=9(分钟) 24+9=33(分钟)
总结一下饼的个数是单数时最少用时的方法。
《优化---烙饼问题》 (教案)-四年级下册数学北师大版

《优化——烙饼问题》四年级下册数学北师大版教案教学目标:1. 理解“烙饼问题”的含义,能够将实际问题转化为数学问题,并用数学方法进行解决。
2. 通过解决“烙饼问题”,掌握合理安排时间的重要性,培养时间管理意识。
3. 能够运用简单的优化方法,对实际问题进行求解,提高解决问题的能力。
4. 培养学生合作交流、思考探究的学习习惯。
教学重点:1. 理解“烙饼问题”的含义,能够将实际问题转化为数学问题。
2. 掌握合理安排时间的重要性,培养时间管理意识。
3. 能够运用简单的优化方法,对实际问题进行求解。
教学难点:1. 如何将实际问题转化为数学问题。
2. 如何运用优化方法进行求解。
教学准备:1. 教师准备:教学课件、教具(如烙饼模型)。
2. 学生准备:课本、练习本、铅笔。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 教师通过展示烙饼的图片,引导学生思考烙饼的过程。
2. 提问:在烙饼的过程中,我们可能会遇到哪些问题?3. 学生回答,教师总结:如何合理安排时间,使烙饼的效率最高。
二、探究(10分钟)1. 教师引导学生将烙饼问题转化为数学问题。
2. 提问:如何用数学方法表示烙饼的过程?3. 学生回答,教师总结:可以用烙饼的数量、每面烙饼的时间等来表示。
4. 教师引导学生思考如何求解烙饼问题。
5. 提问:我们可以运用哪些方法来求解烙饼问题?6. 学生回答,教师总结:可以运用简单的优化方法,如贪心算法、动态规划等。
三、实践(10分钟)1. 教师布置练习题,让学生独立完成。
2. 练习题内容:给定烙饼的数量和每面烙饼的时间,求烙完所有饼的最短时间。
3. 学生完成练习题,教师巡回指导。
四、交流与分享(5分钟)1. 教师邀请几位学生分享自己的解题过程和结果。
2. 学生分享,教师点评并总结。
五、总结与拓展(5分钟)1. 教师引导学生总结本节课的学习内容。
2. 提问:通过本节课的学习,我们学到了什么?3. 学生回答,教师总结:我们学会了如何将实际问题转化为数学问题,运用优化方法进行求解,以及合理安排时间的重要性。
8.2优化-烙饼问题

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教学建议:
情境和需要解决的问题,
以说自己是怎样安排的?自己的方案一共需要多长时间?学生可能会有不同的方案,教师可以把各小组汇报的不同方案在黑板上展示出来,让大家比较各种方案的优劣。
如何省时?其中规律怎样?需特别关注的是:
“最省时”的思想本质——锅里每次都烙两张饼。
十张饼,怎样安排最节省时间?可通过小组讨论交流来发现如下规律:如果要烙的饼的张数是双数,
张数是单数,可以先两张两张的烙,最后三张饼按上面的最优方法烙,最节省时间。
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21
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数学游戏: 一个农民带着一只狗、一只羊、一筐青 菜要过河去卖。如果主人不在,狗会咬羊、 羊会吃青菜。可是这个农民每次只能带一样 东西过河,你能帮他想想办法,怎样过河才 能让羊、青菜不会有事?
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分四步进行: 1、带羊过河,返回。 2 、带青菜过河,带羊返回。 3、带狗过河,返回。 4、带羊过河。
还有更好的 办法吗?动脑 筋想想吧!
3+3=6(分钟)
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3分钟
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3分钟
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O2K
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3分钟 3分钟
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OK O2K
OK
3分钟
3分钟
3分钟
3×3=9(分钟)
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烙5张饼,怎样烙最省时间 ?
烙7张呢 9张呢 11张,怎样烙最省时间?
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(2,3) (2,2,3)
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2×3=6
3
3×3=9
4
4×3=12
5
5×3=15
6
6×3=18
7
7×3=21
8
8×3=24
9
9×3=27
11 11×3=33
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如果要烙的是4张饼,5张……10张饼?
饼数
2 3
最佳方法
所用时间(分)
4
5 6 7 8 9 10
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18
牛排店的锅一次能煎10块牛排, 两面都要煎,每面要5分钟,现在一群 客人点了15 块牛排,要求厨师 15分 种内煎好。请你想一想,厨师能做吗, 怎么做?
简单归纳起来,就是这样一个过程:挖沟(取土)→引水入沟(水道运输) →填沟(处理垃圾)。
按照这个施工方案,不仅节约了许多时间和经费,而且使工地秩序井然,使 城内的交通和生活秩序不受施工太大的影a响,因而确实是很科学的施工方案。 2
每次只能烙两张饼, 两面都要烙,每面
要3分钟。
a
3
12
同时放两张饼
同时烙3张饼的正面, 再烙反面。
6
先再烙烙23张张饼。的正面和反面,6+9=15
先再烙烙22张张饼,的再正烙面3张和。反面,2×6+9=21
(2,2,2,3)
先烙2张饼的正面和反面,
再烙2张,再烙2张,再 3×6+9=27
烙3张。
(2,2,2,2,3) 先再烙烙22张张饼,的再正烙面2张和,反再面,4×6+9=33
数学广角
—— 烙饼问题
a
1
丁谓施工
传说宋真宗在位时,皇宫曾起火。一夜之间,大片的宫室楼台殿阁亭榭变成 了废墟。为了修复这些宫殿,宋真宗派当时的晋国公丁谓主持修缮工程。当时, 要完成这项重大的建筑工程,面临着三个大问题:第一,需要把大量的废墟垃圾 清理掉;第二,要运来大批木材和石料;第三,要运来大量新土。不论是运走垃 圾还是运来建筑材料和新土,都涉及到大量的运输问题。如果安排不当,施工现 场会杂乱无章,正常的交通和生活秩序都会受到严重影响。
1正面 2正面
1反面 2反面
3分钟
3分钟
2×3=6(分钟)
a
4
(2,2) (2,2,2)
同时烙2张饼的正面, 再烙反面。
6
先再烙烙22张张饼。的正面或反面,2×6=12
先再烙烙22张张饼,的再正烙面2张或。反Байду номын сангаас,3×6=18
4×6=24 (2,2,2,2)
先烙2张饼的正面或反面, 再烙2张,再烙2张,再
烙2张,再烙3张。
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来看看探 究结果吧!
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烙2张饼——用6分钟 烙3张饼——用9分钟 烙4张饼——用12分钟 烙5张饼——用15分钟 烙6张饼——用18分钟 烙7张饼——用21分钟 烙8张饼——用24分钟 烙9张饼——用27分钟 烙10张饼——用30分钟
你发现 了什么?
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饼数×3=烙饼时间
烙2张。
5×6=30 (2,2,2,2,2) 先烙2张饼的正面或反面, 再烙2张,再烙2张,再 烙2张,再烙2张。
a
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要烙3张饼, 需要多长时 间呢?
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烙一张饼要6分钟, 烙3张饼要18分钟。
先烙两张, 再烙一张。
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6分钟
可以先烙两张, 再烙一张,只要 12分钟就行啦!
3分钟
3分钟
6+6=12(分钟)
100张需要几分钟呢?60分钟 最快能烙多少张饼呢?
(300) (20)
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2张最佳方法 3张最佳方法 2张 + 2张 2张 + 3张 2张 + 2张 + 2张 2张+ 2张 + 3张 2张+ 2张 + 2张 + 2张 2张 + 2张 + 2张+ 3张 2张 + 2张 + 2张 + 2张 + 3张
丁谓研究了工程之后,制订了这样的施工方案:首先,从施工现场向外挖了 若干条大深沟,把挖出来的土作为施工需要的新土备用,于是就解决了新土问题 。第二步,从城外把汴水引入所挖的大沟中,于是就可以利用木排及船只运送木 材石料,解决了木材石料的运输问题。最后,等到材料运输任务完成之后,再把 沟中的水排掉,把工地上的垃圾填入沟内,使沟重新变为平地。