版第二讲分治策略不可更改
分治法-PPT精选
不成功检索在i级外部结点终止的元素比较次数是i-1
2019/11/26
BINSRCH计算复杂度的理论分析
1）不成功检索的最好、最坏和平均情况的计算时
间均为Θ(logn) ——外结点处在最末的两级上； 2）最好情况下的成功检索的计算时间为 Θ(1)
2019/11/26
以比较为基础的有序检索问题最坏情况的时间下界
定理2.3 设A(1:n)含有 n(n≥1)个不同的元素，排序为A(1)< A(2) < …< A(n)。又设用以比较为基础的算法去判断是 否 xA(:1n) ，则这样的任何算法在最坏情况下所需的最小 比较次数FIND(n)有：
2019/11/26
FIND k(lo ng )1()n
任何一种以比较为基础的算法，在最坏情况 下的计算时间都不低于Ο (logn)。因此， 不可能存在最坏情况比二分检索数量级还低 的算法。
最坏情况下的成功检索的计算时间为 Θ(logn)
2019/11/26
3）平均情况下的成功检索的计算时间分析
利用外部结点和内部结点到根距离和之间的关系进行推导： 记，
由根到所有内结点的距离之和称为内部路径长度，记为I； 由根到所有外部结点的距离之和称为外部路径长度，记为E。
则有，E=I+2n
解。
2019/11/26
DANDC的计算时间
若所分成的两个子问题的输入规模大致相等，则DANDC 总的计算时间可用递归关系式表示，如下：
g(n)
n足够小
T(n) =
2T(n/2) + f(n) 否则
注： T(n)：表示输入规模为n的DANDC计算时间 g(n)：表示对足够小的输入规模直接求解的计算时间 f(n)：表示COMBINE对两个子区间的子结果进行合并
分治法解决问题的步骤
分治法解决问题的步骤一、基础概念类题目（1 - 5题）题目1：简述分治法解决问题的基本步骤。
解析：分治法解决问题主要有三个步骤：1. 分解（Divide）：将原问题分解为若干个规模较小、相互独立且与原问题形式相同的子问题。
例如，对于排序问题，可将一个大的数组分成两个较小的子数组。
2. 求解（Conquer）：递归地求解这些子问题。
如果子问题规模足够小，则直接求解（通常是一些简单的基础情况）。
对于小到只有一个元素的子数组，它本身就是有序的。
3. 合并（Combine）：将各个子问题的解合并为原问题的解。
在排序中，将两个已排序的子数组合并成一个大的有序数组。
题目2：在分治法中，分解原问题时需要遵循哪些原则？解析：1. 子问题规模更小：分解后的子问题规模要比原问题小，这样才能逐步简化问题。
例如在归并排序中，不断将数组对半分，子数组的长度不断减小。
2. 子问题相互独立：子问题之间应该尽量没有相互依赖关系。
以矩阵乘法的分治算法为例，划分后的子矩阵乘法之间相互独立进行计算。
3. 子问题与原问题形式相同：方便递归求解。
如二分查找中，每次查找的子区间仍然是一个有序区间，和原始的有序区间查找问题形式相同。
题目3：分治法中的“求解”步骤，如果子问题规模小到什么程度可以直接求解？解析：当子问题规模小到可以用简单的、直接的方法（如常量时间或线性时间复杂度的方法）解决时，就可以直接求解。
例如，在求数组中的最大最小值问题中，当子数组只有一个元素时，这个元素既是最大值也是最小值，可以直接得出结果。
题目4：分治法的“合并”步骤有什么重要性？解析：1. 构建完整解：它将各个子问题的解组合起来形成原问题的解。
例如在归并排序中，单独的两个子数组排序好后，只有通过合并操作才能得到整个数组的有序排列。
2. 保证算法正确性：如果合并步骤不正确，即使子问题求解正确，也无法得到原问题的正确答案。
例如在分治算法计算斐波那契数列时，合并不同子问题的结果来得到正确的斐波那契数是很关键的。
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。
《数据结构、算法与应用(C++语言描述)》习题参考答案doc
第1章概论1.数据、数据元素、数据结构、数据类型的含义分别是什么？数据：对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所有能输入到计算机中并由计算机程序处理的符号的总称。
数据元素：数据的基本单位，在计算机程序中通常作为一个整体考虑。
数据结构：数据元素之间的关系+运算，是以数据为成员的结构，是带结构的数据元素的集合，数据元素之间存在着一种或多种特定的关系。
数据类型：数据类型是用来区分不同的数据；由于数据在存储时所需要的容量各不相同，不同的数据就必须要分配不同大小的内存空间来存储，所有就要将数据划分成不同的数据类型。
数据类型包含取值范围和基本运算等概念。
2.什么是数据的逻辑结构？什么是数据的物理结构？数据的逻辑结构与物理结构的区别和联系是什么？逻辑结构：数据的逻辑结构定义了数据结构中数据元素之间的相互逻辑关系。
数据的逻辑结构包含下面两个方面的信息：①数据元素的信息；②各数据元素之间的关系。
物理结构：也叫储存结构，是指逻辑结构的存储表示，即数据的逻辑结构在计算机存储空间中的存放形式，包括结点的数据和结点间关系的存储表示。
数据的逻辑结构和存储结构是密不可分的，一个操作算法的设计取决于所选定的逻辑结构，而算法的实现依赖于所采与的存储结构。
采用不同的存储结构，其数据处理的效率是不同的。
因此，在进行数据处理时，针对不同问题，选择合理的逻辑结构和存储结构非常重要。
3.数据结构的主要操作包括哪些？对于各种数据结构而言，他们在基本操作上是相似的，最常用的操作有：●创建：建立一个数据结构；●清除：清除一个数据结构；●插入：在数据结构中增加新的结点；●删除：把指定的结点从数据结构中删除；●访问：对数据结构中的结点进行访问；●更新：改变指定结点的值或改变指定的某些结点之间的关系；●查找：在数据结构中查找满足一定条件的结点；●排序：对数据结构中各个结点按指定数据项的值，以升序或降序重新排列。
4.什么是抽象数据类型？如何定义抽象数据类型？抽象数据类型（Abstract Data Type 简称ADT）是指一个数学模型以及定义在此数学模型上的一组操作。
分治算法主方法
分治算法主方法分治算法是一种算法设计策略，将问题分解成若干个规模较小且结构相似的子问题，然后递归地解决这些子问题，最后将子问题的解合并起来得到原问题的解。
分治算法主方法是指应用分治策略解决问题的通用模板，下面将详细介绍分治算法主方法的原理和应用。
一、原理分治算法主方法包含三个步骤：分解、解决和合并。
1. 分解：将原问题分解成若干个规模较小且结构相似的子问题。
分解的策略可以根据具体问题的特点来确定，通常是将原问题划分成两个或多个规模相等或相近的子问题。
2. 解决：递归地解决子问题。
当子问题的规模足够小时，可以直接求解。
否则，继续将子问题分解成更小的子问题，直到可以直接求解为止。
3. 合并：将子问题的解合并成原问题的解。
子问题的解可以通过递归得到，合并的操作可以根据具体问题的要求进行，通常是将子问题的解组合起来得到原问题的解。
二、应用分治算法主方法可以应用于解决各种问题，下面列举几个常见的应用场景。
1. 排序问题：如归并排序、快速排序等。
这些排序算法通过将待排序序列分解成若干个规模较小的子序列，然后递归地排序这些子序列，并将排好序的子序列合并起来得到最终的有序序列。
2. 查找问题：如二分查找。
二分查找通过将待查找的有序序列分解成两个规模相等的子序列，然后递归地在其中一个子序列中查找目标元素。
如果找到了目标元素，则返回其索引；如果未找到，则继续在另一个子序列中查找。
3. 求解最大子数组问题：给定一个整数数组，求其连续子数组中和最大的值。
最大子数组问题可以通过分治算法主方法求解。
将原数组分解成两个规模相等的子数组，分别求解左子数组和右子数组的最大子数组和，然后将其合并起来得到原数组的最大子数组和。
4. 求解最近对问题：给定平面上的n个点，求其中距离最近的两个点。
最近对问题可以通过分治算法主方法求解。
将平面上的点按照横坐标进行排序，然后将点集分解成两个规模相等的子集，分别求解左子集和右子集的最近对，然后将其合并起来得到原点集的最近对。
计算机专业课《算法》_第二章 递归与分治策略
“Hanoi 塔”问题演示 a 初始 a 步骤1 a
c
b
c
“Hanoi 塔”问题程序
void hanoi(int n,a,b,c)
{ if n == 1 move( 1, a, b );
else { hanoi( n-1, a, c, b );
move(n, a, b ); hanoi( n-1, c,b, a) ;
• 递归优点：结构清晰，可读性强
• 递归缺点：递归算法的运行效率较低，无论是耗 费的计算时间还是占用的存储空间都比非递归算 法要多。
整数划分问题的递归关系q(n,m)
如设p(n)为正整数n的划分数，则难以找到递归关系 • q(n,m):正整数n的不同的划分中，最大加数不 大于m的划分个数个数 q(n,m)=
1 q(n,n) 1+q(n,n-1) q(n,m-1)+q(n-m,m) n=1, m=1 n<m n=m n>m>1
递归函数举例(5)
学习要点
理解递归的概念。 掌握设计有效算法的分治策略。
通过典型范例，学习分治策略设计技巧。
2.1 递归的概念
• 递归算法：一个直接或间接地调用自身的算法 • 递归方程：对于递归算法，一般可把时间代 价表示为一个递归方程 • 递归函数：使用函数自身给出定义的函数 • 解递归方程最常用的方法是进行递归扩展
递归函数举例(1)
• 阶乘函数 n ！=
1 n(n-1)！ n=1 n>1
• Fibonacci数列
1 n=0
F(n)=
1 F(n-1)+F(n-2)
n=1 n>1
初始条件与递归方程是递归函数的二个要素
分治政策实验报告总结
一、实验背景分治策略是一种常用的算法设计思想，它将一个复杂的问题分解成若干个相互独立、规模较小的子问题，分别解决这些子问题，再将子问题的解合并，从而得到原问题的解。
本实验旨在通过具体案例，深入理解分治策略的基本思想，掌握其应用方法，并分析其实际效果。
二、实验目的1. 理解分治策略的基本思想；2. 掌握分治策略的应用方法；3. 分析分治策略在解决实际问题中的效果；4. 提高算法设计与分析能力。
三、实验内容1. 分治策略案例分析实验中，我们选择了以下案例进行分析：（1）归并排序归并排序是一种典型的分治策略应用。
它将待排序的序列分为两半，分别对这两半进行归并排序，然后将两个有序序列合并为一个有序序列。
（2）二分查找二分查找也是一种分治策略应用。
它将待查找的序列分为两半，根据查找目标值与中间值的大小关系，确定目标值所在的一半，然后在该半序列中继续查找。
2. 分治策略实现（1）归并排序实现```cvoid mergeSort(int arr[], int left, int right) {if (left < right) {int mid = (left + right) / 2;mergeSort(arr, left, mid);mergeSort(arr, mid + 1, right);merge(arr, left, mid, right);}}void merge(int arr[], int left, int mid, int right) { int n1 = mid - left + 1;int n2 = right - mid;int L[n1], R[n2];for (int i = 0; i < n1; i++)L[i] = arr[left + i];for (int j = 0; j < n2; j++)R[j] = arr[mid + 1 + j];int i = 0, j = 0, k = left;while (i < n1 && j < n2) {if (L[i] <= R[j]) {arr[k] = L[i];i++;} else {arr[k] = R[j];j++;}k++;}while (i < n1) {arr[k] = L[i];i++;k++;}while (j < n2) {arr[k] = R[j];j++;k++;}}```（2）二分查找实现```cint binarySearch(int arr[], int left, int right, int target) { while (left <= right) {int mid = (left + right) / 2;if (arr[mid] == target)return mid;else if (arr[mid] < target)left = mid + 1;elseright = mid - 1;}return -1;}```3. 分治策略效果分析（1）归并排序归并排序的平均时间复杂度为O(nlogn)，空间复杂度为O(n)。
《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。
2.分治法
计算机学院
甘靖
2014-5-21
- 计算机算法基础 -
二次取中间值
计算机学院
甘靖
2014-5-21
- 计算机算法基础 -
算法时间复杂度分析
最坏情况下
T(n)cn if n24
T(n)T(n/5)+T(3n/4)+cn T(n) 20cn
计算机学院
甘靖
2014-5-21
- 计算机算法基础 -
summary
Divide-and-Conquer
A problem’s instance is divided into several smaller instances of the same problem, ideally of about the same size. The smaller instances are solved. If necessary, the solutions obtained for the smaller instances are combined to get a solution to the original problem.
计算机学院
甘靖
2014-5-21
- 计算机算法基础 -
五、 选择问题
方案一： 先用排序算法排序，然后输出第k个元素 算法复杂度O(nlog2n) 要排序整个l-5-21
- 计算机算法基础 -
方案二： 不必排序整个list，只需排序包含kth最小元的子集
A[j] A[j]
平均情况下(和下面递归式有相同的复杂度)
T(n)=T(n/2)+(n+1) T(n)=(n)
计算机学院
甘靖
2014-5-21
分治法的步骤
分治法的步骤分治法是一种常见的算法设计策略，它将问题分解成更小的子问题，然后递归地解决每个子问题，最后将这些子问题的解合并起来得到原问题的解。
下面将详细介绍分治法的步骤。
一、分治法的定义和基本思想分治法是一种算法设计策略，它将一个大问题分解成若干个相互独立且结构相同的小问题，递归地求解这些小问题，并将它们的结果组合起来得到原问题的解。
在实际应用中，分治法通常用于处理那些具有重复性质或者可以通过递归实现的计算任务。
二、分治法的步骤1. 分解：首先将原问题划分为若干个规模较小、结构相似且独立的子问题。
这个过程通常称为“分解”（divide）。
2. 解决：对每个子问题进行递归求解。
如果子问题足够小而可以直接求解，则直接求解。
这个过程通常称为“解决”（conquer）。
3. 合并：将所有子问题的结果合并成原问题的结果。
这个过程通常称为“合并”（combine）。
三、应用场景1. 排序算法：例如归并排序、快速排序等。
2. 查找算法：例如二分查找。
3. 图论算法：例如最大子数组、矩阵乘法、汉诺塔等。
四、分治法的优缺点1. 优点：分治法可以有效地解决一些具有重复性质或者可以通过递归实现的计算任务，具有较高的效率和可扩展性。
2. 缺点：分治法需要额外的空间来存储子问题的结果，而且在递归过程中可能会出现栈溢出等问题，需要进行合理的优化。
同时，如果分解得不够合理或者子问题之间存在依赖关系，则可能会导致算法效率下降。
五、总结分治法是一种常见的算法设计策略，它将一个大问题划分为若干个规模较小、结构相似且独立的子问题，并递归地求解这些子问题。
在实际应用中，分治法通常用于处理那些具有重复性质或者可以通过递归实现的计算任务。
虽然分治法具有较高的效率和可扩展性，但也存在额外空间开销和栈溢出等问题，需要进行合理优化。
分治策略凸多边形的相交检测算法
分治策略凸多边形的相交检测算法1.引言1.1 概述分治策略凸多边形的相交检测算法是一种用于判断两个凸多边形是否相交的方法。
在计算机图形学和计算几何学中，相交检测是一个重要的问题，因为它可以应用于很多实际应用中，例如物体碰撞检测、路径规划等。
本文主要介绍了分治策略在凸多边形相交检测中的应用。
分治策略是一种将大问题划分为小问题并分别解决的方法，它可以有效地降低问题的复杂度。
在凸多边形相交检测中，我们可以将问题划分为多个子问题，然后通过递归地解决这些子问题来得到最终的结果。
凸多边形的定义与性质是分治策略凸多边形相交检测算法的基础。
凸多边形是指没有凹角的多边形，每条内部线段都包含在多边形内部。
凸多边形具有很多特性，例如任意两个顶点之间的线段都完全包含在多边形内部，任意两边不相交等。
在本文中，我们将详细介绍分治策略凸多边形相交检测算法的实现过程，并给出其正确性证明。
同时，我们还将进行算法的复杂度分析，通过对算法的时间复杂度和空间复杂度进行评估，来评判算法的效率和可行性。
总之，本文通过引言部分的概述，为读者提供了对分治策略凸多边形相交检测算法的整体认识。
接下来的正文部分将更加详细地介绍其中的关键内容和步骤。
通过阅读本文，读者将能够全面理解并应用该算法。
1.2 文章结构本文旨在介绍分治策略在凸多边形的相交检测算法中的应用。
文章分为引言、正文以及结论三个部分。
引言部分首先对文章的整体内容进行概述，介绍了本文所要解决的问题以及使用的方法。
接着，详细说明了文章的结构安排，将对分治策略和凸多边形的定义与性质进行深入探讨。
正文部分是本文的核心内容，首先详细介绍了分治策略的概念和基本原理，并阐述了其在解决凸多边形相交检测问题中的应用。
然后，对凸多边形的定义进行了详细说明，并探讨了凸多边形的一些重要性质。
通过结合分治策略和凸多边形的特性，提出了一种有效的相交检测算法。
结论部分对本文所提出的算法的有效性进行总结和评价，指出了该算法在凸多边形相交检测中的优势和适用性。
分冶策略(讲课稿)
分治策略(Divide and Conquer)一、算法思想任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关。
问题规模越小，解题所需的计算时间往往也越少，从而也越容易计算。
想解决一个较大的问题，有时是相当困难的。
分治法的思想就是，将一个难以直接解决的大问题，分割成一些规模较小的相同问题，以便各个击破，分而治之。
分而治之方法与软件设计的模块化方法非常相似。
为了解决一个大的问题，可以：1) 把它分成两个或多个更小的问题；2) 分别解决每个小问题；3) 把各小问题的解答组合起来，即可得到原问题的解答。
小问题通常与原问题相似，可以递归地使用分而治之策略来解决。
1、解决算法实现的同时，需要估算算法实现所需时间。
分治算法时间是这样确定的：解决子问题所需的工作总量（由子问题的个数、解决每个子问题的工作量决定）合并所有子问题所需的工作量。
2、分治法是把任意大小问题尽可能地等分成两个子问题的递归算法3、分治的具体过程：begin ｛开始｝if ①问题不可分then ②返回问题解else begin③从原问题中划出含一半运算对象的子问题1；④递归调用分治法过程，求出解1；⑤从原问题中划出含另一半运算对象的子问题2；⑥递归调用分治法过程，求出解2；⑦将解1、解2组合成整修问题的解；end;end; {结束}二、分治策略的应用（1）二分搜索（折半查找）算法思想：将数列按有序化(递增或递减)排列，查找过程中采用跳跃式方式查找，即先以有序数列的中点位置为比较对象，如果要找的元素值小于该中点元素，则将待查序列缩小为左半部分，否则为右半部分。
通过一次比较，将查找区间缩小一半。
折半查找是一种高效的查找方法。
它可以明显减少比较次数，提高查找效率。
但是，折半查找的先决条件是查找表中的数据元素必须有序。
算法步骤描述：step1 首先确定整个查找区间的中间位置：mid = （left + right ）/ 2step2 用待查关键字值与中间位置的关键字值进行比较；●若相等，则查找成功●若大于，则在后（右）半个区域继续进行折半查找●若小于，则在前（左）半个区域继续进行折半查找Step3 对确定的缩小区域再按折半公式，重复上述步骤。
算法设计与分析(霍红卫)-第2章-分治法
第2章 分 治 法
我们可以很容易解决这个问题。利用这样一个事实：渐近 表示法只要求对n≥n0，T(n)≤cn lb n成立，其中n0是一个可以选择 的常数。由于对于n>3，递归方程并不直接依赖T(1)，因此可设 n0=2，选择T(2)和T(3)作为归纳证明中的边界条件。由递归方程 可得T(2)=4和T(3)=5。此时只要选择c≥2，就会使得T(2)≤c·2·lb 2 和 T(3)≤c·3·lb 3 成 立 。 因 此 ， 只 要 选 择 n0=2 和 c≥2 ， 则 有 T(n)≤cn lb n成立。
3ic(n/4i)2=(3/16) icn2 i=0，1，…，log4n-1
深度为log4n的最后一层有3log4 n nlog4 3 个结点，每个结点的
开销为T(1)，该层总开销为 nlog4 3T (1) ，即 Θ(nlog4 3)。
第2章 分 治 法
将所有层的开销相加得到整棵树的开销：
T (n) cn2
T(n)=2T(n/2)+n ≤2(c［n/2］lb［n/2］)+n =cn lb n/2+n =cn lb n-cn lb 2+n =cn lb n-cn+n =cn lb n-(c-1)n
最后一步在c≥1时成立。≤cn lb n
第2章 分 治 法
下面证明猜测对于边界条件成立， 即证明对于选择的常 数c，T(n)≤cn lb n对于边界条件成立。 这个要求有时会产生 一些问题。 假设T(1)=1是递归方程的惟一边界条件，那么对 于n=1，T(1)≤c·1·lb 1=0与T(1)=1发生矛盾。因此，归纳法中 的归纳基础不成立。
3
cn2
3
2
cn2
3
二分治专题座PPT课件
时间复杂度
令t(n)表示MaxMin需要的元素比较次数, 存在下列递推关系
0
n1
t(n)
1
n2
t(n/2)t(n/2)2 n2
当n是2的幂时, 即对于某个正整数k, n=2k, 有
t(n)=2t(n/2)+2 = 2(2t(n/4)+2)+2 = 4t(n/4)+4+2
=2k-1t(2)+
2i
=2k-1+2k-2 1ik 1
else b[k++]=a[h++]; } if(l>mid)
while (h<=high) b[k++]=a[h++]; /* 转储剩余部分 */ else
while(l<=mid) b[k++]=a[l++]; a[low : high]=b[low : high]; /* 将b数组转储到a */ }
已分类的部分
未分类的部分
a[1] … a[j-1] a[j] a[j+1] … a[n]
插入分类算法
InsertSort(int n) { for(j=1; j<n; j++)
{ for( unsorted=a[j], k=j-1; (k>=0)&&(unsorted <a[k]); k-- ) a[k+1]=a[k];
a[k+1]= unsorted; } }
时间复杂度
考虑内层for循环中元素比较的次数T(n)
最好情况： 最坏情况：
T(n)=O(n) T(n)==1+2+…n-1==O(n2)
分治算法探讨分治策略与应用场景
分治算法探讨分治策略与应用场景随着计算机科学的快速发展，算法成为了解决问题的重要工具。
其中，分治算法在很多场景下展现出强大的能力，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨分治策略的原理和常见应用场景。
一、分治策略的基本原理分治策略是一种将大问题划分为细分的子问题，并通过解决子问题来解决原始问题的思想。
其基本思路可以概括为以下三个步骤：1. 分解：将原始问题划分为若干规模较小的子问题。
2. 解决：递归地解决各个子问题。
3. 合并：将各个子问题的解合并为原始问题的解。
通过将大问题递归地划分为越来越小的子问题，最终解决各个子问题，再将子问题的解合并为原始问题的解，分治策略能够高效地解决很多复杂的问题。
二、分治策略的应用场景1. 排序算法排序是计算机科学中一个重要的问题，各种排序算法都可以使用分治策略来实现。
例如，快速排序和归并排序就是使用分治策略的经典排序算法。
在快速排序中，通过选择一个基准元素将问题划分为两个子问题，然后递归地排序子问题。
最后，再将排序好的子数组合并为原始数组的有序序列。
在归并排序中，通过将问题划分为两个子问题，递归地排序子数组。
最后，再将排序好的子数组合并为原始数组的有序序列。
归并排序的特点是稳定性好，适用于大规模数据的排序。
2. 查找问题分治策略也可以应用于查找问题。
例如，在有序数组中查找某个元素可以使用二分查找算法，该算法也采用了分治思想。
二分查找算法通过将问题划分为两个子问题，然后根据子问题的规模逐步缩小查找范围，最终找到目标元素。
这种分治思想使得二分查找具有高效性。
3. 矩阵乘法矩阵乘法是一个常见的数学运算问题。
通过分治策略，可以将矩阵乘法划分为多个小问题，并递归地解决这些小问题。
然后，再将这些小问题的解进行合并，得到原始问题的解。
分治法用于矩阵乘法算法的优化，可以减少运算量，提高计算效率。
4. 搜索问题分治策略也可以应用于搜索问题。
例如，在搜索引擎中，分治策略可以用于并行搜索，从而加快搜索速度。
分治策略
分治过程
比较过程
分析
• 从图例可以看出，当有8个金块的时候，方法1需 要比较15~16次，方法2只需要比较10次,那么形成 比较次数差异的根本原因在哪里? • 其原因在于方法2对金块实行了分组比较。 • 对于N枚金块，我们可以推出比较次数的公式： 假设n是2的次幂，c(n)为所需要的比较次数。 方法1： c(n)=2n-1 方法2：c(n) = 2c(n/2 ) + 2。 由c(2)=1, 使用迭代方法可知c(n) = 3n/2 - 2。在本 例中，使用方法2比方法1少用了2 5％的比较次数。
问题1：找出伪币
• 给你一个装有1 6枚硬币的袋子。1 6枚硬币中 有一个是伪造的，并且那个伪造的硬币比真 的硬币要轻一些。你的任务是找出这枚伪造 的硬币。 • 为了帮助你完成这一任务，将提供一台可用 来比较两组硬币重量的仪器，比如天平。利 用这台仪器，可以知道两组硬币的重量是否 相同。
方法1
• 任意取1枚硬币，与其他硬币进行比较，若发现 轻者，这那枚为伪币。最多可能有15次比较。
二分过程
procedure Merge_Sort(var A: ListType; P, R: Integer); var Q: Integer; begin if P <> R then begin {若子序列A中不止一个元素} Q := (P + R - 1) div 2; {计算中间下标Q} Merge_Sort(A, P, Q); {继续对左子序列递归排序} Merge_Sort(A, Q +, Q, R) {对左右子序列归并} end; end;
分治策略
• 所谓分治法就是将问题分而治之。有将问题一 分为二，也有将问题一分为三或一分为N 等份。 对每一等份分别进行解决后，原问题就可以很 快得以解决。因此一个问题能否用分治法解决， 关键是看该问题是否能将原问题分成 n 个规模 较小而结构与原问题相似的子问题。递归的解 决这些子问题，然后合并其结果就得到原问题 的解。当n=2时的分治法又称二分法。 • 使用分治策略的问题常常要借助递归的结构， 逐层求解，当问题规模达到某个简单情况时， 解容易直接得出，而不必继续分解。
分治法
分治法对于一个规模为n的问题，若该问题可以容易地解决（比如说规模n较小）则直接解决，否则将其分解为k个规模较小的子问题，这些子问题互相独立且与原问题形式相同，递归地解这些子问题，然后将各子问题的解合并得到原问题的解。
这种算法设计策略叫做分治法。
分治法的基本思想任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关。
问题的规模越小，越容易直接求解，解题所需的计算时间也越少。
例如，对于n个元素的排序问题，当n=1时，不需任何计算。
n=2时，只要作一次比较即可排好序。
n=3时只要作3次比较即可，…。
而当n较大时，问题就不那么容易处理了。
要想直接解决一个规模较大的问题，有时是相当困难的。
分治法的设计思想是，将一个难以直接解决的大问题，分割成一些规模较小的相同问题，以便各个击破，分而治之。
如果原问题可分割成k个子问题，1<k≤n ，且这些子问题都可解，并可利用这些子问题的解求出原问题的解，那么这种分治法就是可行的。
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。
分治与递归像一对孪生兄弟，经常同时应用在算法设计之中，并由此产生许多高效算法。
分治法的适用条件分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征：1.该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决；2.该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题，即该问题具有最优子结构性质。
3.利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解；4.该问题所分解出的各个子问题是相互独立的，即子问题之间不包含公共的子子问题。
上述的第一条特征是绝大多数问题都可以满足的，因为问题的计算复杂性一般是随着问题规模的增加而增加；第二条特征是应用分治法的前提，它也是大多数问题可以满足的，此特征反映了递归思想的应用；第三条特征是关键，能否利用分治法完全取决于问题是否具有第三条特征，如果具备了第一条和第二条特征，而不具备第三条特征，则可以考虑贪心法或动态规划法。
算法设计与分析：第02章 递归与分治策略
A(1,0) 2 A(0, m) 1 m0 A(n,0) n 2 n2 A(n, m) A( A(n 1, m), m 1) n, m 1
2.1
递归的概念
例3 Ackerman函数 前2例中的函数都可以找到相应的非递归方式定义：
n! 1 2 3 (n 1) n
课件第2章
递归与分治策略
算法总体思想
• 将要求解的较大规模的问题分割成k个更小规模的子问 对这k个子问题分别求解。如果子问题的规模仍然不够 小，则再划分为k个子问题，如此递归的进行下去，直 题。 到问题规模足够小，很容易求出其解为止。
T(n)
=
n
T(n/2)
T(n/2)
T(n/2)
T(n/2)
算法总体思想
下面来看几个实例。
2.1
递归的概念
边界条件
例1 阶乘函数 阶乘函数可递归地定义为：
n0 1 n! n(n 1)! n 0
递归方程 边界条件与递归方程是递归函数的二个要素，递归函 数只有具备了这两个要素，才能在有限次计算后得出 结果。
2.1
递归的概念
例2 Fibonacci数列 无穷数列1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，…，被 称为Fibonacci数列。它可以递归地定义为：
2.1
递归的概念
例6 Hanoi塔问题 public static void hanoi(int n, int a, int b, int c) 当n=1时，问题比较简单。此时，只要将编号为1的圆盘从塔座a直 在问题规模较大时，较难找到一般的方法，因此我们尝试 接移至塔座b上即可。 用递归技术来解决这个问题。 { 思考题：如果塔的个数变为a,b,c,d 当n＞1时，需要利用塔座c作为辅助塔座。此时若能设法将n-1个 if (n > 0) 四个，现要将n个圆盘从a全部移动 较小的圆盘依照移动规则从塔座a移至塔座c，然后，将剩下的最 { 到d，移动规则不变，求移动步数最 大圆盘从塔座a移至塔座b，最后，再设法将n-1个较小的圆盘依照 hanoi(n-1, a, c, b); 小的方案。 移动规则从塔座c移至塔座b。 move(a,b); 由此可见，n个圆盘的移动问题可分为2次n-1个圆盘的移动问题， hanoi(n-1, c, b, a); 这又可以递归地用上述方法来做。由此可以设计出解Hanoi塔问题 的递归算法如下。 } }
算法设计与分析习题解答(第2版)
第1章算法引论11.1 算法与程序11.2 表达算法的抽象机制11.3 描述算法31.4 算法复杂性分析13小结16习题17第2章递归与分治策略192.1 递归的概念192.2 分治法的基本思想262.3 二分搜索技术272.4 大整数的乘法282.5 Strassen矩阵乘法302.6 棋盘覆盖322.7 合并排序342.8 快速排序372.9 线性时间选择392.10 最接近点对问题432.11 循环赛日程表53小结54习题54第3章动态规划613.1 矩阵连乘问题62目录算法设计与分析(第2版)3.2 动态规划算法的基本要素67 3.3 最长公共子序列713.4 凸多边形最优三角剖分753.5 多边形游戏793.6 图像压缩823.7 电路布线853.8 流水作业调度883.9 0-1背包问题923.10 最优二叉搜索树98小结101习题102第4章贪心算法1074.1 活动安排问题1074.2 贪心算法的基本要素1104.2.1 贪心选择性质1114.2.2 最优子结构性质1114.2.3 贪心算法与动态规划算法的差异1114.3 最优装载1144.4 哈夫曼编码1164.4.1 前缀码1174.4.2 构造哈夫曼编码1174.4.3 哈夫曼算法的正确性1194.5 单源最短路径1214.5.1 算法基本思想1214.5.2 算法的正确性和计算复杂性123 4.6 最小生成树1254.6.1 最小生成树性质1254.6.2 Prim算法1264.6.3 Kruskal算法1284.7 多机调度问题1304.8 贪心算法的理论基础1334.8.1 拟阵1334.8.2 带权拟阵的贪心算法1344.8.3 任务时间表问题137小结141习题141第5章回溯法1465.1 回溯法的算法框架1465.1.1 问题的解空间1465.1.2 回溯法的基本思想1475.1.3 递归回溯1495.1.4 迭代回溯1505.1.5 子集树与排列树1515.2 装载问题1525.3 批处理作业调度1605.4 符号三角形问题1625.5 n后问题1655.6 0\|1背包问题1685.7 最大团问题1715.8 图的m着色问题1745.9 旅行售货员问题1775.10 圆排列问题1795.11 电路板排列问题1815.12 连续邮资问题1855.13 回溯法的效率分析187小结190习题191第6章分支限界法1956.1 分支限界法的基本思想1956.2 单源最短路径问题1986.3 装载问题2026.4 布线问题2116.5 0\|1背包问题2166.6 最大团问题2226.7 旅行售货员问题2256.8 电路板排列问题2296.9 批处理作业调度232小结237习题238第7章概率算法2407.1 随机数2417.2 数值概率算法2447.2.1 用随机投点法计算π值2447.2.2 计算定积分2457.2.3 解非线性方程组2477.3 舍伍德算法2507.3.1 线性时间选择算法2507.3.2 跳跃表2527.4 拉斯维加斯算法2597.4.1 n 后问题2607.4.2 整数因子分解2647.5 蒙特卡罗算法2667.5.1 蒙特卡罗算法的基本思想2667.5.2 主元素问题2687.5.3 素数测试270小结273习题273第8章 NP完全性理论2788.1 计算模型2798.1.1 随机存取机RAM2798.1.2 随机存取存储程序机RASP2878.1.3 RAM模型的变形与简化2918.1.4 图灵机2958.1.5 图灵机模型与RAM模型的关系297 8.1.6 问题变换与计算复杂性归约299 8.2 P类与NP类问题3018.2.1 非确定性图灵机3018.2.2 P类与NP类语言3028.2.3 多项式时间验证3048.3 NP完全问题3058.3.1 多项式时间变换3058.3.2 Cook定理3078.4 一些典型的NP完全问题3108.4.1 合取范式的可满足性问题3118.4.2 3元合取范式的可满足性问题312 8.4.3 团问题3138.4.4 顶点覆盖问题3148.4.5 子集和问题3158.4.6 哈密顿回路问题3178.4.7 旅行售货员问题322小结323习题323第9章近似算法3269.1 近似算法的性能3279.2 顶点覆盖问题的近似算法3289.3 旅行售货员问题近似算法3299.3.1 具有三角不等式性质的旅行售货员问题330 9.3.2 一般的旅行售货员问题3319.4 集合覆盖问题的近似算法3339.5 子集和问题的近似算法3369.5.1 子集和问题的指数时间算法3369.5.2 子集和问题的完全多项式时间近似格式337 小结340习题340第10章算法优化策略34510.1 算法设计策略的比较与选择34510.1.1 最大子段和问题的简单算法34510.1.2 最大子段和问题的分治算法34610.1.3 最大子段和问题的动态规划算法34810.1.4 最大子段和问题与动态规划算法的推广349 10.2 动态规划加速原理35210.2.1 货物储运问题35210.2.2 算法及其优化35310.3 问题的算法特征35710.3.1 贪心策略35710.3.2 对贪心策略的改进35710.3.3 算法三部曲35910.3.4 算法实现36010.3.5 算法复杂性36610.4 优化数据结构36610.4.1 带权区间最短路问题36610.4.2 算法设计思想36710.4.3 算法实现方案36910.4.4 并查集37310.4.5 可并优先队列37610.5 优化搜索策略380小结388习题388第11章在线算法设计39111.1 在线算法设计的基本概念39111.2 页调度问题39311.3 势函数分析39511.4 k 服务问题39711.4.1 竞争比的下界39711.4.2 平衡算法39911.4.3 对称移动算法39911.5 Steiner树问题40311.6 在线任务调度40511.7 负载平衡406小结407习题407词汇索引409参考文献415习题1-1 实参交换1习题1-2 方法头签名1习题1-3 数组排序判定1习题1-4 函数的渐近表达式2习题1-5 O(1) 和 O(2) 的区别2习题1-7 按渐近阶排列表达式2习题1-8 算法效率2习题1-9 硬件效率3习题1-10 函数渐近阶3习题1-11 n !的阶4习题1-12 平均情况下的计算时间复杂性4算法实现题1-1 统计数字问题4算法实现题1-2 字典序问题5算法实现题1-3 最多约数问题6算法实现题1-4 金币阵列问题8算法实现题1-5 最大间隙问题11第2章递归与分治策略14 习题2-1 Hanoi 塔问题的非递归算法14习题2-2 7个二分搜索算法15习题2-3 改写二分搜索算法18习题2-4 大整数乘法的 O(nm log(3/2))算法19习题2-5 5次 n /3位整数的乘法19习题2-6 矩阵乘法21习题2-7 多项式乘积21习题2-8 不动点问题的 O( log n) 时间算法22习题2-9 主元素问题的线性时间算法22习题2-10 无序集主元素问题的线性时间算法22习题2-11 O (1)空间子数组换位算法23习题2-12 O (1)空间合并算法25习题2-13 n 段合并排序算法32习题2-14 自然合并排序算法32习题2-15 最大值和最小值问题的最优算法35习题2-16 最大值和次大值问题的最优算法35习题2-17 整数集合排序35习题2-18 第 k 小元素问题的计算时间下界36习题2-19 非增序快速排序算法37习题2-20 随机化算法37习题2-21 随机化快速排序算法38习题2-22 随机排列算法38习题2-23 算法qSort中的尾递归38习题2-24 用栈模拟递归38习题2-25 算法select中的元素划分39习题2-26 O(n log n) 时间快速排序算法40习题2-27 最接近中位数的 k 个数40习题2-28 X和Y 的中位数40习题2-29 网络开关设计41习题2-32 带权中位数问题42习题2-34 构造Gray码的分治算法43习题2-35 网球循环赛日程表44目录算法设计与分析习题解答（第2版）算法实现题2-1 输油管道问题（习题2-30) 49算法实现题2-2 众数问题（习题2-31) 50算法实现题2-3 邮局选址问题（习题2-32) 51算法实现题2-4 马的Hamilton周游路线问题（习题2-33) 51算法实现题2-5 半数集问题60算法实现题2-6 半数单集问题62算法实现题2-7 士兵站队问题63算法实现题2-8 有重复元素的排列问题63算法实现题2-9 排列的字典序问题65算法实现题2-10 集合划分问题（一）67算法实现题2-11 集合划分问题（二）68算法实现题2-12 双色Hanoi塔问题69算法实现题2-13 标准二维表问题71算法实现题2-14 整数因子分解问题72算法实现题2-15 有向直线2中值问题72第3章动态规划76习题3-1 最长单调递增子序列76习题3-2 最长单调递增子序列的 O(n log n) 算法77习题3-7 漂亮打印78习题3-11 整数线性规划问题79习题3-12 二维背包问题80习题3-14 Ackermann函数81习题3-17 最短行驶路线83习题3-19 最优旅行路线83算法实现题3-1 独立任务最优调度问题（习题3-3) 83算法实现题3-2 最少硬币问题（习题3-4) 85算法实现题3-3 序关系计数问题（习题3-5) 86算法实现题3-4 多重幂计数问题（习题3-6) 87算法实现题3-5 编辑距离问题（习题3-8) 87算法实现题3-6 石子合并问题（习题3-9) 89算法实现题3-7 数字三角形问题（习题3-10) 91算法实现题3-8 乘法表问题（习题3-13) 92算法实现题3-9 租用游艇问题（习题3-15) 93算法实现题3-10 汽车加油行驶问题（习题3-16) 95算法实现题3-11 圈乘运算问题（习题3-18) 96算法实现题3-12 最少费用购物（习题3-20) 102算法实现题3-13 最大长方体问题（习题3-21) 104算法实现题3-14 正则表达式匹配问题（习题3-22) 105算法实现题3-15 双调旅行售货员问题（习题3-23) 110算法实现题3-16 最大 k 乘积问题（习题5-24) 111算法实现题3-17 最小 m 段和问题113算法实现题3-18 红黑树的红色内结点问题115第4章贪心算法123 习题4-2 活动安排问题的贪心选择123习题4-3 背包问题的贪心选择性质123习题4-4 特殊的0-1背包问题124习题4-10 程序最优存储问题124习题4-13 最优装载问题的贪心算法125习题4-18 Fibonacci序列的Huffman编码125习题4-19 最优前缀码的编码序列125习题4-21 任务集独立性问题126习题4-22 矩阵拟阵126习题4-23 最小权最大独立子集拟阵126习题4-27 整数边权Prim算法126习题4-28 最大权最小生成树127习题4-29 最短路径的负边权127习题4-30 整数边权Dijkstra算法127算法实现题4-1 会场安排问题（习题4-1) 128算法实现题4-2 最优合并问题（习题4-5) 129算法实现题4-3 磁带最优存储问题（习题4-6) 130算法实现题4-4 磁盘文件最优存储问题（习题4-7) 131算法实现题4-5 程序存储问题（习题4-8) 132算法实现题4-6 最优服务次序问题（习题4-11) 133算法实现题4-7 多处最优服务次序问题（习题4-12) 134算法实现题4-8 d 森林问题（习题4-14) 135算法实现题4-9 汽车加油问题（习题4-16) 137算法实现题4-10 区间覆盖问题（习题4-17) 138算法实现题4-11 硬币找钱问题（习题4-24) 138算法实现题4-12 删数问题（习题4-25) 139算法实现题4-13 数列极差问题（习题4-26) 140算法实现题4-14 嵌套箱问题（习题4-31) 140算法实现题4-15 套汇问题（习题4-32) 142算法实现题4-16 信号增强装置问题（习题5-17) 143算法实现题4-17 磁带最大利用率问题（习题4-9) 144算法实现题4-18 非单位时间任务安排问题（习题4-15) 145算法实现题4-19 多元Huffman编码问题（习题4-20) 147算法实现题4-20 多元Huffman编码变形149算法实现题4-21 区间相交问题151算法实现题4-22 任务时间表问题151第5章回溯法153习题5\|1 装载问题改进回溯法（一）153习题5\|2 装载问题改进回溯法（二）154习题5\|4 0-1背包问题的最优解155习题5\|5 最大团问题的迭代回溯法156习题5\|7 旅行售货员问题的费用上界157习题5\|8 旅行售货员问题的上界函数158算法实现题5-1 子集和问题（习题5-3) 159算法实现题5-2 最小长度电路板排列问题（习题5-9) 160算法实现题5-3 最小重量机器设计问题（习题5-10) 163算法实现题5-4 运动员最佳匹配问题（习题5-11) 164算法实现题5-5 无分隔符字典问题（习题5-12) 165算法实现题5-6 无和集问题（习题5-13) 167算法实现题5-7 n 色方柱问题（习题5-14) 168算法实现题5-8 整数变换问题（习题5-15) 173算法实现题5-9 拉丁矩阵问题（习题5-16) 175算法实现题5-10 排列宝石问题（习题5-16) 176算法实现题5-11 重复拉丁矩阵问题（习题5-16) 179算法实现题5-12 罗密欧与朱丽叶的迷宫问题181算法实现题5-13 工作分配问题（习题5-18) 183算法实现题5-14 独立钻石跳棋问题（习题5-19) 184算法实现题5-15 智力拼图问题（习题5-20) 191算法实现题5-16 布线问题（习题5-21) 198算法实现题5-17 最佳调度问题（习题5-22) 200算法实现题5-18 无优先级运算问题（习题5-23) 201算法实现题5-19 世界名画陈列馆问题（习题5-25) 203算法实现题5-20 世界名画陈列馆问题（不重复监视）（习题5-26) 207 算法实现题5-21 部落卫队问题（习题5-6) 209算法实现题5-22 虫蚀算式问题211算法实现题5-23 完备环序列问题214算法实现题5-24 离散01串问题217算法实现题5-25 喷漆机器人问题218算法实现题5-26 n 2-1谜问题221第6章分支限界法229习题6-1 0-1背包问题的栈式分支限界法229习题6-2 用最大堆存储活结点的优先队列式分支限界法231习题6-3 团顶点数的上界234习题6-4 团顶点数改进的上界235习题6-5 修改解旅行售货员问题的分支限界法235习题6-6 解旅行售货员问题的分支限界法中保存已产生的排列树237 习题6-7 电路板排列问题的队列式分支限界法239算法实现题6-1 最小长度电路板排列问题一（习题6-8) 241算法实现题6-2 最小长度电路板排列问题二（习题6-9) 244算法实现题6-3 最小权顶点覆盖问题（习题6-10) 247算法实现题6-4 无向图的最大割问题（习题6-11) 250算法实现题6-5 最小重量机器设计问题（习题6-12) 253算法实现题6-6 运动员最佳匹配问题（习题6-13) 256算法实现题6-7 n 后问题（习题6-15) 259算法实现题6-8 圆排列问题（习题6-16) 260算法实现题6-9 布线问题（习题6-17) 263算法实现题6-10 最佳调度问题（习题6-18) 265算法实现题6-11 无优先级运算问题（习题6-19) 268算法实现题6-12 世界名画陈列馆问题（习题6-21) 271算法实现题6-13 骑士征途问题274算法实现题6-14 推箱子问题275算法实现题6-15 图形变换问题281算法实现题6-16 行列变换问题284算法实现题6-17 重排 n 2宫问题285算法实现题6-18 最长距离问题290第7章概率算法296习题7-1 模拟正态分布随机变量296习题7-2 随机抽样算法297习题7-3 随机产生 m 个整数297习题7-4 集合大小的概率算法298习题7-5 生日问题299习题7-6 易验证问题的拉斯维加斯算法300习题7-7 用数组模拟有序链表300习题7-8 O(n 3/2)舍伍德型排序算法300习题7-9 n 后问题解的存在性301习题7-11 整数因子分解算法302习题7-12 非蒙特卡罗算法的例子302习题7-13 重复3次的蒙特卡罗算法303习题7-14 集合随机元素算法304习题7-15 由蒙特卡罗算法构造拉斯维加斯算法305习题7-16 产生素数算法306习题7-18 矩阵方程问题306算法实现题7-1 模平方根问题（习题7-10) 307算法实现题7-2 集合相等问题（习题7-17) 309算法实现题7-3 逆矩阵问题（习题7-19) 309算法实现题7-4 多项式乘积问题（习题7-20) 310算法实现题7-5 皇后控制问题311算法实现题7-6 3-SAT问题314算法实现题7-7 战车问题315算法实现题7-8 圆排列问题317算法实现题7-9 骑士控制问题319算法实现题7-10 骑士对攻问题320第8章NP完全性理论322 习题8-1 RAM和RASP程序322习题8-2 RAM和RASP程序的复杂性322习题8-3 计算 n n 的RAM程序322习题8-4 没有MULT和DIV指令的RAM程序324习题8-5 MULT和DIV指令的计算能力324习题8-6 RAM和RASP的空间复杂性325习题8-7 行列式的直线式程序325习题8-8 求和的3带图灵机325习题8-9 模拟RAM指令325习题8-10 计算2 2 n 的RAM程序325习题8-11 计算 g(m,n)的程序 326习题8-12 图灵机模拟RAM的时间上界326习题8-13 图的同构问题326习题8-14 哈密顿回路327习题8-15 P类语言的封闭性327习题8-16 NP类语言的封闭性328习题8-17 语言的2 O (n k) 时间判定算法328习题8-18 P CO -NP329习题8-19 NP≠CO -NP329习题8-20 重言布尔表达式329习题8-21 关系∝ p的传递性329习题8-22 L ∝ p 330习题8-23 语言的完全性330习题8-24 的CO-NP完全性330习题8-25 判定重言式的CO-NP完全性331习题8-26 析取范式的可满足性331习题8-27 2-SAT问题的线性时间算法331习题8-28 整数规划问题332习题8-29 划分问题333习题8-30 最长简单回路问题334第9章近似算法336习题9-1 平面图着色问题的绝对近似算法336习题9-2 最优程序存储问题336习题9-4 树的最优顶点覆盖337习题9-5 顶点覆盖算法的性能比339习题9-6 团的常数性能比近似算法339习题9-9 售货员问题的常数性能比近似算法340习题9-10 瓶颈旅行售货员问题340习题9-11 最优旅行售货员回路不自相交342习题9-14 集合覆盖问题的实例342习题9-16 多机调度问题的近似算法343习题9-17 LPT算法的最坏情况实例345习题9-18 多机调度问题的多项式时间近似算法345算法实现题9-1 旅行售货员问题的近似算法（习题9-9) 346 算法实现题9-2 可满足问题的近似算法（习题9-20) 348算法实现题9-3 最大可满足问题的近似算法（习题9-21) 349 算法实现题9-4 子集和问题的近似算法（习题9-15) 351算法实现题9-5 子集和问题的完全多项式时间近似算法352算法实现题9-6 实现算法greedySetCover（习题9-13) 352算法实现题9-7 装箱问题的近似算法First Fit（习题9-19) 356算法实现题9-8 装箱问题的近似算法Best Fit（习题9-19) 358算法实现题9-9 装箱问题的近似算法First Fit Decreasing（习题9-19) 360算法实现题9-10 装箱问题的近似算法Best Fit Decreasing（习题9-19) 361算法实现题9-11 装箱问题的近似算法Next Fit361第10章算法优化策略365 习题10-1 算法obst的正确性365习题10-2 矩阵连乘问题的 O(n 2) 时间算法365习题10-6 货物储运问题的费用371习题10-7 Garsia算法371算法实现题10-1 货物储运问题（习题10-3) 374算法实现题10-2 石子合并问题（习题10-4) 374算法实现题10-3 最大运输费用货物储运问题（习题10-5) 375算法实现题10-4 五边形问题377算法实现题10-5 区间图最短路问题（习题10-8) 381算法实现题10-6 圆弧区间最短路问题（习题10-9) 381算法实现题10-7 双机调度问题（习题10-10) 382算法实现题10-8 离线最小值问题（习题10-11) 390算法实现题10-9 最近公共祖先问题（习题10-12) 393算法实现题10-10 达尔文芯片问题395算法实现题10-11 多柱Hanoi塔问题397算法实现题10-12 线性时间Huffman算法400算法实现题10-13 单机调度问题402算法实现题10-14 最大费用单机调度问题405算法实现题10-15 飞机加油问题408第11章在线算法设计410习题11-1 在线算法LFU的竞争性410习题11-4 多读写头磁盘问题的在线算法410习题11-6 带权页调度问题410算法实现题11-1 最优页调度问题（习题11-2) 411算法实现题11-2 在线LRU页调度（习题11-3) 414算法实现题11-3 k 服务问题（习题11-5) 416参考文献422。
江西科学技术版小学信息技术五年级下册《分治算法》同步练习题附知识点归纳
江西科学技术版小学信息技术五年级下册《分治算法》同步练习题附知识点归纳一、课文知识点归纳：1.分治算法的定义：分治算法，也称为“分而治之”，是一种将大问题分解成若干个小问题，然后分别解决这些小问题，最后将各个小问题的解合并起来，得到原问题的解的方法。
2.分治算法的基本步骤：（1）分解：将原问题分解成若干个子问题，子问题与原问题具有相同的性质或相似度，且规模较小。
（2）解决：递归地解决各个子问题，直到子问题可以直接求解。
（3）合并：将各个子问题的解合并起来，得到原问题的解。
3.分治算法的应用：排序算法（如快速排序、归并排序）、傅立叶变换（如快速傅立叶变换）等都运用了分治算法的思想。
二、同步练习题。
（一）、填空题。
1. 分治算法的基本思想是将一个_________的问题分解为若干个_________或类似的子问题，然后逐个解决这些子问题，最后将子问题的解合并得到原问题的解。
2. 分治算法在处理逆序对数求解问题时，通常将数组分为两个子数组，然后分别计算两个子数组的逆序对数量，并考虑_______之间的逆序对数量。
3. 在使用分治算法解决硬币称重问题时，如果我们将16个硬币分为两组，每组8个，通过一次称重我们可以判断_______的硬币存在。
（二）、选择题。
1. 分治算法的主要优势不包括以下哪一项？（）A. 降低问题复杂度B. 提高求解效率C. 简化问题难度D. 增加计算量2. 下列哪个算法思想是分治算法的一个典型应用？（）A. 冒泡排序B. 归并排序C. 选择排序D. 插入排序3. 在分治算法中，通常将大问题分解为小问题，直到问题的规模达到什么程度时开始合并子问题的解？A. 子问题规模足够大B. 子问题规模足够小C. 子问题规模任意D. 子问题无需分解（三）、判断题。
（正确的打“√”，错误的打“×”）1. 分治算法只能用于解决数值计算问题。
（）2. 在使用分治算法时，子问题的解合并是无关紧要的，因为每个子问题都独立求解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
所以，由递归树猜测T(n)=O(n2)随后，再利用数 学归纳法证明。
PPT文档演模板
15
版第二讲分治策略不可更改
公式法
其中，a≥1，b>1是常数，f(n)是一个渐进函 数，描述划分问题与合并解的时间复杂性。 n/b可以是 ，也可以是
上述方程描述了如下算法的运行时间：将一个规模为n的问题 划分为a个规模为n/b的子问题，其中a和b为正常数。分别递归 地解决a个子问题，解每个子问题所需时间为T(n/b)。划分原问 题和合并子问题的解所需要的时间由f(n)决定
Ackerman函数的特征：A(n，m)的自变量m的每一个值 都定义了一个单变量函数。
m=0时，A(n,0)=n+2
m=1时，A(n,1)=A(A(n-1,1),0)=A(n-1,1)+2， A(1,1)=2 可以得出A(n,1)=2*n
m=2时A(，1,A0)(n=,22)=A(A(n-1,2),1)=2A(n-1,2)， A(0A,(m1,)2=)=1A(A(0,2),1)=A(1m,1)≥=02 A(可n,0以)得=出n A+(2n,2)= 2n 。 n≥2
PPT文档演模板
16
版第二讲分治策略不可更改
定理：上述递归方程含有三种情形的渐进界：
（1）对于某个常数
如果
则
（2）如果
则
（3）对某个常数
如果
且对某个常数 c <1 以及任意足够大的
n,
PPT文档演模板
17
版第二讲分治策略不可更改
定理含义
将f(n)与 进行比较，
当 较大时，
相等时
当 较小时，
结论：可以通过尽量减少子问题的个数 或者减少f(n)的数量级来增强分治算法的 有效性。
例2：T(n) = T(2n/3)+1 由上式可知a=1, b=3/2, f(n)=1， 且 又因为 满足定理（2），因此
PPT文档演模板
20
版第二讲分治策略不可更改
2.2 递归概念
分治算法的特征：将较大规模的问题分解为若 干个较小规模的子问题，每个子问题的求解过 程与原问题一样，并利用自底向上的求解策略 得到最终的解。
PPT文档演模板
5
版第二讲分治策略不可更改
分治算法的算法框架
divide-and-conquer(P){ if ( | P | <= n0) adhoc(P); //解决规模小的问题 //将问题P 分解为子问题P1,P2,...,Pa； for (i=1,i<=a,i++) yi=divide-and-conquer(Pi);//递归的求解各子问
边界条件
递归方程
边界条件与递归方程是递归函数的二要素。
PPT文档演模板
22
版第二讲分治策略不可更改
递归应用举例2: Ackerman函数
A(1,0) = 2
A(0,m) = 1
m≥0
A(n,0) = n + 2
n≥2
A(n,m) = A(A(n-1,m),m-1) n,m≥1
PPT文档演模板
23
版第二讲分治策略不可更改
❖用递归树方法求解递归方程的基本步骤:
① 利用递归树推测出一个解 ② 利用替换方法进行证明
❖ 构造递归树的方法就是展开递归方程，然后将树 中每层的时间求和，最终获得算法的时间复杂性。
PPT文档演模板
11
版第二讲分治策略不可更改
例：T(n)=3T(n/4)+cn2
T(n) →
PPT文档演模板
12
版第二讲分治策略不可更改
题 return merge(y1,...,ya); //合并为原问题的解
}
PPT文档演模板
6
版第二讲分治策略不可更改
分治算法的复杂性分析
一个分治算法将规模为n的问题分成a个规模为 n规／模b为的1子的问问题题。耗设费分1个解单阈位值时n0间=。1，再且设a将dh原oc问解 题分解为a个子问题以及用merge将a个子问题 的解合并为原问题的解需用f(n)个单位时间。 用T(n)表示该分治算法解规模为|P|=n的问题 所需的计算时间，则有下列递归方程：
25
版第二讲分治策略不可更改
方法1：固定位置找元素
假设R={r1,r2,…,rn}是待排列的n个元素，Ri=R-{ri}。 假设集合Ri中元素的全排列记为perm(Ri)。 (ri)perm(Ri)表示在全排列perm(Ri)的每一个排列的第一 个位置加前缀ri得到的排列。
当n=1时，perm(R)=(r) 其中r是集合R中唯一的元素； 当n>1时，perm(R)的全排列为： (r1)perm(R1)，(r2)perm(R2)，…，(rn)perm(Rn)
m=3A时(n，,m类) =似A的(A可(n以-1,m推)出,m-1) n,m≥1
PPT文档演模板
24
版第二讲分治策略不可更改
递归应用举例3: 排列问题
求解n个元素{r1,r2,…,rn}的全排列。 n个元素的全排列有n!种可能。 解题基本方法： （1）固定位置放元素 （2）固定元素找位置
PPT文档演模板
n/16 n/16 n/16 n/16 n/16
PPT文档演模板
2
版第二讲分治策略不可更改
将求出的较小规模的问题解合并成一个较
大规模的问题解，并自底向上地求出原问
题的解。
最顶层问题
a 为分解的子问题数量； n/b 为每个子问题的数据规模； f(n) 为合并子问题解所消耗的时间。
PPT文档演模板
3
版第二讲分治策略不可更改
2.1 分治算法的基本思想
分治算法的基本思想是将一个规模为n的问题 分解为a个规模较小的子问题，这些子问题互 相独立且与原问题相同。递归地解这些子问题， 然后将各个子问题的解合并得到原问题的解。
PPT文档演模板
4
版第二讲分治策略不可更改
分治算法所能解决问题一般具有以下几个特征：
缩小问题规模可以降低解决问题的难度； 可以将子问题的解合并为原问题解； 问题分解出的各个子问题是相互独立的，即子问题之间 不包含公共的子问题。
33
方法2：固定元素找位置
在n-1 个元素的全排列基础上，将某个元素插入到 每个位置上，进而得出n 个元素的全排列。
基本过程： ① 将n放在p[1]位置上，并用p[2..n]产生n-1个元素的全排列； ② 将n放在p[2]位置上，并用p[1]和p[3..n]产生n-1个元素 的全排列； ③ 将n放在p[3]位置上，并用p[1..2]和p[4..n]产生n-1个 元素的全排列； ...........
1.需要先考虑P[m]，如果能够求出剩余元P[m+1] 、P[m+2] 、…，P[n] 的所有排列，我们只需将P[m]放到每个排列的开头。
2.然后考虑P[m+1]，通过交换P[m]和P[m+1]，这样我们仍然只要考虑求剩 余元素P[m+1] 、P[m+2],… P[n]的所有排列即可。
3.然后依次考虑P[m+3]，…,P[n]。
PPT文档演模板
31
版第二讲分治策略不可更改
void perm(int[] r, int i, int n) { // r存放R集合元素，r[0]~r[n] // i,n 表示目前求解的全排列起始与终止位置 if （只有一个元素）{ //递归边界条件 显示当前排列； } else { 依次将i ~ n 之间的每个元素交换 //递归到第i 个位置，并用同样的方法 （递归）求解i+1~n 之间的全排列 }
log4n+1
PPT文档演模板
nlog4 3
13
O(nlog4 3 )
版第二讲分治策略不可更改
递归树总共有多少层？当递归树展开一层，其规模 为n/4，当递归树展开到第2层时，其规模为 n/16=n/42，依次类推，当展开到第k层时，其规 模为n/4k=1时，不再展开，由此可以求得递归树 的层数为k=log4n。
4.当问题规模降为求一个元素P[m]的全排列时，问题就极为简单，可作为 递归出口。
5.值得注意的是，将P[m]和某个P[k]交换，求出剩余元素的所有排列后，为 了避免重复，发生混乱，必须将P[m] 和P[k]交换回去，然后才能继续P[m] 和P[K+1]的交换。
PPT文档演模板
30
版第二讲分治策略不可更改
❖ 现在，我们来计算一下，有多少个叶节点。第1层
有3个节点，第2层有32个节点，依次类推，第k层有
3k个节点，当k=log4n，即为叶节点，因此，叶节点
的个数为
，而每个叶节点需要的时
间为T(1),因此，整个叶节点的时间为
。
PPT文档演模板
14
版第二讲分治策略不可更改
将递归树每一层的时间累加，可得：
PPT文档演模板
26
版第二讲分治策略不可更改
递归公式
PPT文档演模板
27
版第二讲分治策略不可更改
PPT文档演模板
28
版第二讲分治策略不可更改
思路？
PPT文档演模板
举例，0~3共4个数值的全排列
29
将每个元素交换 到固定位置上， 并求解其余位置 元素的全排列。
版第二讲分治策略不可更改
假设: 要求P[m] 、P[m+1] 、… P[n]的全排列:
❖适用比较容易猜出递归解的情形。
PPT文档演模板
9
版第二讲分治策略不可更改
例：T(n)=2T(n/2)+n （2路归并)
v 猜测出解为T(n)=O(nlgn) v 证明存在某个常数c，使得T(n) ≤cnlgn
数学归纳法：
假设解对n/2成立，即T(n/2) ≤c(n/2)lg(n/2) 将其对递归方程进行替换，得： T(n)= 2T(n/2)+n