算法 分治策略
算法设计与分析复习题目及答案详解

算法设计与分析复习题目及答案详解分治法1、二分搜索算法是利用(分治策略)实现的算法。
9.实现循环赛日程表利用的算法是(分治策略)27、Straen矩阵乘法是利用(分治策略)实现的算法。
34.实现合并排序利用的算法是(分治策略)。
实现大整数的乘法是利用的算法(分治策略)。
17.实现棋盘覆盖算法利用的算法是(分治法)。
29、使用分治法求解不需要满足的条件是(子问题必须是一样的)。
不可以使用分治法求解的是(0/1背包问题)。
动态规划下列不是动态规划算法基本步骤的是(构造最优解)下列是动态规划算法基本要素的是(子问题重叠性质)。
下列算法中通常以自底向上的方式求解最优解的是(动态规划法)备忘录方法是那种算法的变形。
(动态规划法)最长公共子序列算法利用的算法是(动态规划法)。
矩阵连乘问题的算法可由(动态规划算法B)设计实现。
实现最大子段和利用的算法是(动态规划法)。
贪心算法能解决的问题:单源最短路径问题,最小花费生成树问题,背包问题,活动安排问题,不能解决的问题:N皇后问题,0/1背包问题是贪心算法的基本要素的是(贪心选择性质和最优子结构性质)。
回溯法回溯法解旅行售货员问题时的解空间树是(排列树)。
剪枝函数是回溯法中为避免无效搜索采取的策略回溯法的效率不依赖于下列哪些因素(确定解空间的时间)分支限界法最大效益优先是(分支界限法)的一搜索方式。
分支限界法解最大团问题时,活结点表的组织形式是(最大堆)。
分支限界法解旅行售货员问题时,活结点表的组织形式是(最小堆)优先队列式分支限界法选取扩展结点的原则是(结点的优先级)在对问题的解空间树进行搜索的方法中,一个活结点最多有一次机会成为活结点的是(分支限界法).从活结点表中选择下一个扩展结点的不同方式将导致不同的分支限界法,以下除(栈式分支限界法)之外都是最常见的方式.(1)队列式(FIFO)分支限界法:按照队列先进先出(FIFO)原则选取下一个节点为扩展节点。
(2)优先队列式分支限界法:按照优先队列中规定的优先级选取优先级最高的节点成为当前扩展节点。
NOIP基础算法讲解2

while(i<=mid)do begin temp[p]:=a[i];inc(p);inc(i);end while(j<=right)do begin temp[p]:=a[j];inc(p);inc(i);end for i:=left to right do a[i]:=temp[i]; end;
数据范围:n≤10^6。所有数之和不超过10^9。
例题8:快速幂
【问题】计算an mod k的值 ,其中n<=109。
方法1:朴素算法。每次乘以a,时间复杂度O(n)。 function power(a,n:longint):longint; var x:longint; begin x:=1; for i:=1 to n do x:=x*a; power:=x; end;
时间效率不尽如人意….. 问题出现在哪里呢??
方法2:分治策略
采用分治求解: ➢划分问题:把序列分成元素个数尽量相等的两半; ➢递归求解:统计i和j均在左边或者均在右边的逆序对个数; ➢合并问题:统计i在左边,但j在右边的逆序对个数。
记数列a[st]~a[ed]的逆序对数目为d(st,ed); mid=(st+ed)/2,则有:
三、分治的三步骤
①划分问题:将要解决的问题分解成若干个规模较 小的同类子问题;
②递归求解:当子问题划分得足够小时,求解出子 问题的解。
③合并问题:将子问题的解逐层合并成原问题的解。
四、分治的框架结构
procedure Divide() begin
五大常用算法

回溯法
基本概念 回溯法是一种选优搜索法,按选优条件向前搜索,以达到目标。但当探索到某一步时,发 现原先选择并不是最优或达不到目标,就退回一步重新选择,这种走不通就退回再走的方 法称为回溯法。 基本思想 在包含问题的所有解的解空间树中,按照深度优先搜索的策略,从根结点出发深度探索解 空间树。当探索到某一结点时,要先判断该结点是否包含问题的解,如果包含,就从该结 点出发继续探索下去,如果该结点不包含问题的解,则逐层向其祖先结点回溯。(其实回 溯法就是对隐式图的深度优先搜索算法)。 若用回溯法求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有可行的子树都要已被搜索遍 才结束。 而若使用回溯法求任一个解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束 。
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贪心算法
例 在漆黑的夜里,四位旅行者来到了一座狭窄而且没有护栏的桥边。如果不借助手电筒的 话,大家是无论如何也不敢过桥去的。不幸的是,四个人一共只带了一只手电筒,而桥窄得 只够让两个人同时过。如果各自单独过桥的话,四人所需要的时间分别是1、2、5、8分钟; 而如果两人同时过桥,所需要的时间就是走得比较慢的那个人单独行动时所需的时间。问题 是,如何设计一个方案,让这四人尽快过桥 。
2012年林清华等人提出一种新型快速中值滤波算法,主要应用于医学图像.文中方法利 用中值滤波算法对滤波窗口内其他像素点的排列顺序不作要求的特点,将基于排序寻找中 值的过程转换为基于分治查找中值的过程。在分治查找过程中,利用医学图像未受干扰时 图像中像素值的变化是渐变的特性,优先选用中心点附近的像素值进行分治查找,以达到
图1 动态规划决策过程示意图 实际应用中可以按以下几个简化的步骤进行设计: (1)分析最优解的性质,并刻画其结构特征。 (2)递归的定义最优解。 (3)以自底向上或自顶向下的记忆化方式(备忘录法)计算出最优值。 (4)根据计算最优值时得到的信息B→ 2 A←1 AC → 5 A←1 AD → 8 一共就是2+1+5+1+8=17分钟。
如何应用分治算法求解问题

如何应用分治算法求解问题分治算法,英文名为Divide and Conquer Algorithm,是一种高效的算法设计策略,在计算机科学中有着广泛的应用。
该算法将一个大问题分解成多个小问题,各自独立地解决,再将结果合并起来得到最终结果。
在本文中,我们将阐述如何应用分治算法求解问题,并通过几个实例来具体说明该算法的应用。
一、分治算法的原理分治算法的核心思想是将一个大问题分解成若干个小问题来解决,然后将这些小问题的解组合起来生成大问题的解。
其具体步骤如下:1. 分解:将原问题划分成若干个规模较小的子问题。
2. 解决:递归地解决每个子问题。
如果子问题足够小,则直接求解。
3. 合并:将所有子问题的解合并成原问题的解。
分治算法的主要优点在于它可以有效地缩小问题规模,从而缩短整个算法的执行时间。
另外,该算法天然适用于并行计算,因为每个子问题都是独立求解的。
二、分治算法的应用分治算法在各种领域都有广泛应用,包括数学、自然科学、计算机科学等。
以计算机科学领域为例,分治算法常常用于解决以下类型的问题:1. 排序问题2. 查找问题3. 字符串匹配问题4. 最大子序列和问题5. 矩阵乘法问题6. 图形问题下面我们将一一讲解这些问题的分治算法实现。
1. 排序问题排序问题是在一组数据中将其按指定规律进行排列的问题。
在计算机科学中,排序算法是十分重要的一类算法。
其中,分治算法由于其高效性和可并行性被广泛应用。
常用的分治排序算法包括归并排序和快速排序。
归并排序的基本思想是将待排序元素以中心点为界分成两个序列,对每个序列进行排序,然后将两个序列合并成一个有序序列;而快速排序则利用了分割的思想,通过每次选取一个元素作为“轴点”,将数组分成小于轴点和大于轴点的两部分,对这两部分分别进行快速排序。
2. 查找问题查找问题是在一组数据中寻找某个元素的问题。
分治算法在查找问题中的应用主要体现在二分查找中。
在二分查找中,我们首先将已排序的数组分成两半,在其中一半中查找目标值。
算法设计与分析的实验报告

实验一递归与分治策略一、实验目的1.加深学生对分治法算法设计方法的基本思想、基本步骤、基本方法的理解与掌握;2.提高学生利用课堂所学知识解决实际问题的能力;3.提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。
二、实验内容1、①设a[0:n-1]是已排好序的数组。
请写二分搜索算法,使得当搜索元素x不在数组中时,返回小于x的最大元素位置i和大于x的最小元素位置j。
当搜索元素在数组中时,i和j相同,均为x在数组中的位置。
②写出三分搜索法的程序。
三、实验要求(1)用分治法求解上面两个问题;(2)再选择自己熟悉的其它方法求解本问题;(3)上机实现所设计的所有算法;四、实验过程设计(算法设计过程)1、已知a[0:n-1]是一个已排好序的数组,可以采用折半查找(二分查找)算法。
如果搜索元素在数组中,则直接返回下表即可;否则比较搜索元素x与通过二分查找所得最终元素的大小,注意边界条件,从而计算出小于x的最大元素的位置i和大于x的最小元素位置j。
2、将n个元素分成大致相同的三部分,取在数组a的左三分之一部分中继续搜索x。
如果x>a[2(n-1)/3],则只需在数组a的右三分之一部分中继续搜索x。
上述两种情况不成立时,则在数组中间的三分之一部分中继续搜索x。
五、实验结果分析二分搜索法:三分搜索法:时间复杂性:二分搜索每次把搜索区域砍掉一半,很明显时间复杂度为O(log n)。
(n代表集合中元素的个数)三分搜索法:O(3log3n)空间复杂度:O(1)。
六、实验体会本次试验解决了二分查找和三分查找的问题,加深了对分治法的理解,收获很大,同时我也理解到学习算法是一个渐进的过程,算法可能一开始不是很好理解,但是只要多看几遍,只看是不够的还要动手分析一下,这样才能学好算法。
七、附录:(源代码)二分搜索法:#include<iostream.h>#include<stdio.h>int binarySearch(int a[],int x,int n){int left=0;int right=n-1;int i,j;while(left<=right){int middle=(left+right)/2;if(x==a[middle]){i=j=middle;return 1;}if(x>a[middle])left=middle+1;else right=middle-1;}i=right;j=left;return 0;}int main(){ int a[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};int n=10;int x=9;if(binarySearch(a,x,n))cout<<"找到"<<endl;elsecout<<"找不到"<<endl;return 0;}实验二动态规划——求解最优问题一、实验目的1.加深学生对动态规划算法设计方法的基本思想、基本步骤、基本方法的理解与掌握;2.提高学生利用课堂所学知识解决实际问题的能力;3.提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。
论分治策略算法的具体实现

3 分解问题的实现
分解问题的过程主要是依据原问题的本 质将其分解。显然这个步骤中最主要的是分 析问题的本质, 找到问题的要素。 所谓 “ 问题的要素”就是影响问题的解 的内容, 是问题的本质, 是最终所建立的算法 中的参数 。 以对一个数组 a [n]排序为例: 排序本质上 是按照数组中各个元素a[i]的大小调整它们在 数组的位置, 即改变原来的下标 ; 这里就可以 得知排序问题的要素应该是元素的大小和元
r et ur nj ;
5 合并子问题的实现
这个步骤最主要注意的是 前面的 “ 分解 问题” 递归解问题” 、“ 中 是否真正的解问题了, 这个问题下面进行阐 述; 在合并的时候, 各子问题的关系即 “ 分 解问题的分界线处于什么样的地位” 例如 , “ 最接近点对问题”中, 由于处于分界线两边 (子问题之间) 的点对也有可能构成最近的距 离, 所以必须考虑。 下面仍然以对一个数组 a [n ]排序为例。 ( 1)按照元素的大小来分解: 由于在分解问题的时候, 已经对原问题(元 素的大小)进行了解, 而且问题的分界线符合原 问题的要求, 所以直接将各个子问题连接起来 就可以了, 对于例子的实际情况就是下标的连 接, 而在问题分解的过程中并没有对各个子问 题中的元素重新给出下标, 是直接利用原问题 中的下标, 所以, 可以省略。
Hale Waihona Puke func2_3(a[],Q ,left ,i,right)/ / 当 前要合 并的是a 中left 到right 的元素 lintm=left ,/ / 左半部的当 前下标 intn=right ,/ / 右半部的当 前下标 intl=left s/ / 暂存数组的当前下标 while(m< =i)&&(n< =right)
分治算法

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13 76
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13 27 76
13 27 38 49 65 76 97
黑盒划分典型问题—合并排序
合并排序算法改进
从分治过程入手,容易消除mergeSort算法中的递归 调用
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题的解,自底向上逐步求出原来问题的解。
T(n)
=
n
递归的概念
由分治法产生的子问题往往是原问题的较小模式,这 就为使用递归技术提供了方便。在这种情况下,反复 应用分治手段,可以使子问题与原问题类型一致而其 规模却不断缩小,最终使子问题缩小到很容易直接求 出其解。这自然导致递归过程的产生。
直接或间接地调用自身的算法称为递归算法。用函数 自身给出定义的函数称为递归函数。
黑盒划分典型问题—合并排序
【例5】合并排序
任务描述:任意给定一包含n个整数的集合,把n个整数按升序排列。 输入:每测试用例包括两行,第一行输入整数个数,第二行输入n个整 数,数与数之间用空格隔开。最后一行包含-1,表示输入结束。 输出:每组测试数据的结果输出占一行,输出按升序排列的n个整数。 样例输入:
13 27 76
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黑盒划分典型问题—合并排序
黑盒划分典型问题—合并排序
合并排序算法改进
从分治过程入手,容易消除mergeSort算法中的递归调用 自然合并排序
49 38 65 97 76 13 27
49
38 65 97
76
13 27
38 49 65 97
黑盒划分典型问题—逆序对问题
《算法分治法》课件

分治算法的步骤
分治算法的步骤还包括对问题进行归纳和分类,确定 问题的规模和复杂度,选择合适的分治策略和算法实 现方式等。
单击此处添加正文,文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ,单击此处添加正文,文字是您思想的提炼,为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
分治算法的核心思想是将一个复杂的问题分解为若干个规模较小、相互独立、与 原问题形式相同的子问题,递归地解这些子问题,然后再将子问题的解合并,以 求得原问题的解。
分治算法的原理
分治算法的原理是利用问题的相似性,将大问题分解为小问 题,将复杂问题转化为简单问题,从而降低问题的难度,提 高解决问题的效率。
探索分治算法与其他算法(如贪心算法、动态规划等)的结合
,实现更高效的算法设计。
分治算法的理论基础研究
02
深入探讨分治算法的理论基础,为算法设计和优化提供理论支
持。
分治算法在实际问题中的应用研究
03
针对实际问题,研究分治算法的应用场景和解决方案,推动算
法的实际应用。
THANKS
感谢观看
对于可以并行处理的子问题,可以使 用多线程或分布式计算等技术进行并 行处理,进一步提高算法效率。
动态规划
动态规划是一种常用的优化技术,通 过将子问题存储在表格中并逐步更新 ,可以避免重复计算,提高算法效率 。
分治算法在实际项目中的应用案例
归并排序
归并排序是一种典型的分治算法,通过递归地将数组分解为若干个子数组,然后合并子数 组得到有序数组。在实际应用中,归并排序广泛应用于各种排序场景。
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1、通过实现快排和两路合并排序,加深了对相关知识的理解。
2、通过五元中值组取中值分割法在实际例子中体验了分治法的应用范围和优势。
五、指导教师评语
成 绩
批阅人
日 期
实验报告
(2016/2017学年第二学期)
课程名称
算法分析与设计
实验名称
分治策略
实验时间
2017
年
3
月
30
日
指导单位
计算机学院 软件工程系
指导教师
张怡婷
学生姓名
霍淇滨
班级学号
B15041236
学院(系)
计算机学院
专 业
软件工程
实 验 报 告
实验名称
分治策略
指导教师
张怡婷
实验类型
验证型(第4个实验密码算法是“设计型”)
void QuickSort();//快速排序
private:
int *l;//数组指针
int maxSize;//数组最大长度
int n;//数组已有元素个数
void MergeSort(int left, int right);
void Merge(int left, int mid, int right);
}
for (int i = 1; i <= n / r; i++)
{
InsertSort(left + (i - 1)*r, left + i*r - 1); //二次取中规则求每组的中间值
Swap(left + i - 1, left + (i - 1)*r + (int)ceil((double)r / 2) - 1); //将每组的中间值交换到子表前部集中存放
for (int i = 0; i < n; i++)
cout << l[i] << " ";
}
void SortableList::Swap(int i, int j)
{
int c = l[i];
l[i] = l[j];
l[j] = c;
}
int SortableList::Partition(int left, int right)
void SortableList::QuickSort(){ QuickSort(0, n - 1); }
void SortableList::MergeSort(int left, int right)
{
if (left < right){
int mid = (left + right) / 2;
}
ResultCode SortableList::Select(int &x, int k)
{
if (n <= 0 || k > n || k <= 0)return OutOfBounds;
int j = Select(k, 0,n - 1, 5);
x = l[j];
return Success;
while (j <= right) temp[k++] = l[j++];
for (i = 0, k = left; k <= right;)l[k++] = temp[i++];
}
void SortableList::Swap(int i, int j)
{
int c = l[i];
l[i] = l[j];
}
int SortableList::Select(int k, int left, int right, int r)
{
int n = right - left + 1;
if (n <= r){ //若问题足够小,使用直接插入排序
InsertSort(left, right);
return left + k - 1; //取其中的第k小元素,其下标为left+k-1
{
int i = left, j = right + 1;
do{
do i++; while (l[i] < l[left]);
do j--; while (l[j] > l[left]);
if (i < j) Swap(i, j);
} while (i < j);
Swap(left, j);
return j;
int i = left, j = mid + 1, k = 0;
while ((i <= mid) && (j <= right))
if (l[i] <= l[j]) temp[k++] = l[i++];
else temp[k++] = l[j++];
while (i <= mid) temp[k++] = l[i++];
l[j] = c;
}
void SortableList::QuickSort(int left, int right)
{
if (left < right){
int j = Parition(left, right);
QuickSort(left, j - 1);
QuickSort(j + 1, right);
}
//求二次中间值,其下标为j
int j = Select((源自nt)ceil((double)n / r / 2), left, left + (n / r) - 1, r);
Swap(left, j); //二次中间值为枢纽元,并换至left处
j = Partition(left, right); //对表(子表)进行分划操作
int Select(int k,int left,int right,int r);
};
SortableList::SortableList(int mSize)
{
maxSize = mSize;
l = new int[maxSize];
n = 0;
}
SortableList::~SortableList(){delete[]l;}
cin >> l[i];
if (l[i] == -1)
break;
n++;
}
}
void SortableList::Output()
{
for (int i = 0; i < n; i++)
cout << l[i] << " ";
}
void SortableList::MergeSort(){ MergeSort(0, n - 1); }
标头.h
#include<iostream>
using namespace std;
enum ResultCode {OutOfBounds,Success};
class SortableList
{
public:
SortableList(int mSize);
~SortableList();
void Input();
} while (i < j);
Swap(left, j);
return j;
}
源.app
#include<iostream>
#include"标头.h"
using namespace std;
void main()
{
int n = 10;
SortableList my1(n);
SortableList my2(n);
my1.Input();
my2.Input();
my1.MergeSort();
my2.QuickSort();
my1.Output();
my2.Output();
}
二、采用基于“五元中值组取中值分割法”(median-of-median-of-five partitioning)的线性 时间选择算法,找出 N 个元素集合 S 中的第 k个最小的元素,使其在线性时间内解决。
l[j] = l[j - 1]; j--;
}
l[j] = temp;
}
}
源.cpp
#include"标头.h"
void main()
{
int n = 10;
int x = 4;
SortableList myl(n);
myl.Input();
myl.Select(x,4);
myl.Output();
}
}
void SortableList::InsertSort(int left, int right)
{
for (int i = left+1; i <= right; i++){
int j = i;
int temp = l[i];
while (j > left && temp < l[j - 1]){
l = new int[maxSize];
n = 0;
}
SortableList::~SortableList(){delete[]l;}