算法设计与分析习题答案1-6章.docx

习题 11.图论诞生于七桥问题。

出生于瑞士的伟大数学家欧拉（Leonhard Euler ，1707— 1783）提出并解决了该问题。

七桥问题是这样描述的：北区一个人是否能在一次步行中穿越哥尼斯堡（现东区在叫加里宁格勒，在波罗的海南岸）城中全部岛区的七座桥后回到起点，且每座桥只经过一次，图是这条河以及河上的两个岛和七座桥的草南区图。

请将该问题的数据模型抽象出来，并判断图七桥问题此问题是否有解。

七桥问题属于一笔画问题。

输入：一个起点输出：相同的点1，一次步行2，经过七座桥，且每次只经历过一次3，回到起点该问题无解：能一笔画的图形只有两类：一类是所有的点都是偶点。

另一类是只有二个奇点的图形。

2．在欧几里德提出的欧几里德算法中（即最初的欧几里德算法）用的不是除法而是减法。

请用伪代码描述这个版本的欧几里德算法=m-n2.循环直到 r=0m=nn=rr=m-n3输出 m3．设计算法求数组中相差最小的两个元素（称为最接近数）的差。

要求分别给出伪代码和 C++描述。

编写程序，求 n 至少为多大时， n 个“1”组成的整数能被2013 整除。

#include<iostream>using namespace std;int main(){double value=0;for(int n=1;n<=10000 ;++n){value=value*10+1;if(value%2013==0){cout<<"n 至少为 :"<<n<<endl;break;}} 计算π值的问题能精确求解吗？编写程序，求解满足给定精度要求的π 值#include <iostream>using namespace std;int main (){double a,b;double arctan(double x);圣经上说：神 6 天创造天地万有，第7 日安歇。

为什么是6天呢？任何一个自然数的因数中都有 1 和它本身，所有小于它本身的因数称为这个数的真因数，如果一个自然数的真因数之和等于它本身，这个自然数称为完美数。

例如， 6=1+2+3，因此6 是完美数。

神 6 天创造世界，暗示着该创造是完美的。

设计算法，判断给定的自然数是否是完美数#include<iostream>using namespace std;int main(){int value, k=1;cin>>value;for (int i = 2;i!=value;++i){while (value % i == 0 ){k+=i;有 4 个人打算过桥，这个桥每次最多只能有两个人同时通过。

他们都在桥的某一端，并且是在晚上，过桥需要一只手电筒，而他们只有一只手电筒。

这就意味1着两个人过桥后必须有一个人将手电筒带回来。

每个人走路的速度是不同的：甲过桥要用分钟，乙过桥要用 2 分钟，丙过桥要用 5 分钟，丁过桥要用10 分钟，显然，两个人走路的速度等于其中较慢那个人的速度，问题是他们全部过桥最少要用多长时间？由于甲过桥时间最短，那么每次传递手电的工作应有甲完成甲每次分别带着乙丙丁过桥例如：第一趟：甲，乙过桥且甲回来第二趟：甲，丙过桥且甲回来第一趟：甲，丁过桥一共用时19 小时9．欧几里德游戏：开始的时候，白板上有两个不相等的正整数，两个玩家交替行动，每次行动时，当前玩家都必须在白板上写出任意两个已经出现在板上的数字的差，而且这个数字必须是新的，也就是说，和白板上的任何一个已有的数字都不相同，当一方再也写不出新数字时，他就输了。

请问，你是选择先行动还是后行动？为什么？设最初两个数较大的为则最终能出现的数包括a/factor个。

a,较小的为b，两个数的最大公约数为factor: factor, factor*2, factor*3, ..., factor*(a/factor)=a.。

一共如果a/factor是奇数，就选择先行动；否则就后行动。

习题 41.分治法的时间性能与直接计算最小问题的时间、合并子问题解的时间以及子问题的个数有关，试说明这几个参数与分治法时间复杂性之间的关系。

2.证明：如果分治法的合并可以在线性时间内完成，则当子问题的规模之和小于原问题的规模时，算法的时间复杂性可达到O( n)。

O(N)=2*O(N/2)+xO(N)+x=2*O(N/2)+2*xa*O(N)+x=a*(2*O(N/2)+x)+x=2*a *O(N/2)+(a+1)*x由此可知，时间复杂度可达到O(n);3.分治策略一定导致递归吗？如果是，请解释原因。

如果不是，给出一个不包含递归的分治例子，并阐述这种分治和包含递归的分治的主要不同。

不一定导致递归。

如非递归的二叉树中序遍历。

这种分治方法与递归的二叉树中序遍历主要区别是：应用了栈这个数据结构。

4.对于待排序序列 (5, 3, 1, 9)，分别画出归并排序和快速排序的递归运行轨迹。

归并排序：第一趟：（ 5,3 ）（ 1,9 ）；第二趟：（ 3,5,1,9 ）；第三趟：（ 1,3,5,9）；快速排序：第一趟： 5（ ,3,1,9）；分治算法求一个数中的最大元素，并分析性能。

分治算法，将数[] 中所有元素循左移k个位置 ,要求复性A nO( n)，空复性 O(1)。

例如， abcdefgh 循左移 3 位得到defghabc。

算法生成n 个元素的所有排列象。

#include <iostream>using namespace std;int data[100];分治算法求解一空上n 个点的最近。

参 4.4.1最近的算法分析及算法9.在有序序列(r1,r 2,⋯, r n)中，存在序号i （1≤ i ≤ n），使得 r i=i 。

一个分治算法找到个元素，要求算法在最坏情况下的性能O(log2n)。

在一个序列中出次数最多的元素称众数。

算法找众数并分析算法的复性。

M 是一个 n× n 的整数矩，其中每一行（从左到右）和每一列（从上到下）的元素都按升序排列。

分治算法确定一个定的整数x 是否在 M 中，并分析算法的复性。

12.S 是 n（ n 偶数）个不等的正整数的集合，要求将集合S划分子集S1和 S2，使得 | S1|=|S 2|= n/2，且两个子集元素之和的差达到最大。

a1,a2,⋯,a n是集合{1, 2,⋯,n}的一个排列，如果i <j 且称排列的一个逆序。

例如，2, 3, 1有两个逆序：(3, 1)和(2, 1)排列中含有逆序的个数。

a i>a j，序偶( a i,a j)。

算法定k循日程安排。

有 n=2个手要行网球循，要求一个足以下要求的比日程表：（1）每个手必与其他n-1 个手各一次；（2）每个手一天只能一次。

采用分治方法。

将 2^k 手分 2^k-1 两，采用方法，行分，直到只剩下 2 个手，然后行比，回溯就可以指定比日程表了15.格雷是一个度2n的序列，序列中无相同元素，且每个元素都是度n 的二制位串，相元素恰好只有 1 位不同。

例如度23的格雷 (000, 001, 011, 010,110, 111, 101, 100)。

设计分治算法对任意的 n 值构造相应的格雷码。

矩阵乘法。

两个 n × n 的矩阵 X 和 Y 的乘积得到另外一个n × n 的矩阵 Z ，且 Z ij满足（ 1≤ , j≤ ），这个公式给出了运行时间为( 3) 的算法。

可以用分i nO n治法解决矩阵乘法问题，将矩阵X 和Y 都划分成四个n /2 × /2 的子块，从而 X 和Y 的乘积n可以用这些子块进行表达，即从而得到分治算法：先递归地计算8 个规模为 n /2 的矩阵乘积 AE 、BG 、 AF 、BH 、 CE 、DG 、CF 、 DH ，然后再花费 O ( n 2) 的时间完成加法运算即可。

请设计分治算法实现矩阵乘法，并分析时间性能。

能否再改进这个分治算法？习题 51. 下面这个折半查找算法正确吗？如果正确，请给出算法的正确性证明，如果不正确，请说明产生错误的原因。

int BinSearch(int r[ ], int n, int k) {int low = 0, high = n - 1; int mid;while (low <= high) {mid = (low + high) / 2; if (k < r[mid]) high = mid; else if (k > r[mid]) low = mid;else return mid;}return 0; }错误。

正确算法：int BinSearch1(int r[ ], int n, int k) {int low = 0, high = n - 1; int mid;while (low <= high) {mid = (low + high) / 2; if (k < r[mid]) high =elseif (k > r[mid]) low =mid - 1;mid + 1;else return mid;}return 0;}2.写出折半找的算法，并分析性能。

求两个正整数m和 n 的最小公倍数。

（提示： m和 n 的最小公倍数lcm( m,n)与 m和 n 的最大公数gcd( m,n)之有如下关系：lcm( m,n)= m×n/gcd( m,n)）插入法整堆。

已知（k1, k2,⋯,k n）是堆，算法将（k1, k2,⋯,k n,k n+1）整堆（假整大根堆）。

参照：void SiftHeap(int r[ ], int k, int n){int i, j, temp;i = k; j = 2 * i + 1;算法在大根堆中除一个元素，要求算法的复性O(log2n)。

算两个正整数n 和 m的乘有一个很有名的算法称俄式乘法，其思想是利用了一个模是n 的解和一个模是 n/2的解之的关系：n× m＝ n/2×2m（当 n 是偶数）或： n×m＝( n-1)/2× 2m＋m（当n是奇数），并以1× m＝m 作算法束的条件。

例如，出了利用俄式乘法算50× 65的例子。

据十九世的俄国夫使用算法并因n m 5065 25130 130 122606520 31040 1040 12080 2080+3250此得名，个算法也使得乘法的硬件速度非常快，因图俄式乘法只使用移位就可以完成二制数的折半和加倍。

算法俄式乘法。

拿子游。

考下面个游：桌子上有一堆火柴，游开始共有n 根火柴，两个玩家流拿走 1， 2， 3 或 4 根火柴，拿走最后一根火柴的玩家方。