面试题——二进制相关(最小白鼠试毒问题)

该博客分享了一种利用二进制编码策略解决经典问题——如何在一周内用最少的小白鼠找出1000瓶药物中唯一有毒的一瓶。通过给药物编号,结合二进制位的设定,将药物混合分配给10只老鼠,根据老鼠存活情况重构二进制数,从而确定有毒药物。这种方法展示了二进制在实际问题中的应用。

面试题——二进制相关(最小白鼠试毒问题)


题目

有 1000 瓶药物,但是其中有一瓶是有毒的,老鼠只要服用任意量有毒药水就会在一个星期内死掉!
请问,在一个星期后找出有毒的药物,最少需要多少只小白鼠?


解题思路

巧妙的运用了二进制。
💡1.可以先给1000个有药瓶子编号
0000000001 第1瓶
0000000010 第2瓶
0000000011 第3瓶
0000000100 第4瓶
,,,,,
1111101000 第1000瓶

💡2.然后需要找10个空瓶子,编号10-1,在所有有药的瓶子里找到所有最右边第一位为1的瓶子里取一滴放到编号为1的空瓶子里,
在所有有药的瓶子里找到所有最右边第二位为1的瓶子里取一滴放到编号为2的空瓶子里,
,,,,,
在所有有药的瓶子里找到所有最右边第十位为1的瓶子里取一滴放到编号为10的空瓶子里。

💡3.混合好的10瓶药分别给10只老鼠喂下,最后检查,死的老鼠为1,不死的为0,重新组合成一个二进制数,然后转换成十进制,就是那一瓶有毒的药。
💡4.如果编号为1的老鼠死了,则毒药的编号的最右边第一位为1,如果编号为1的老鼠没有死,则证明没有喝到毒药,则毒药的编号的最右边第一位为0,因为只有最右边第一位为1的瓶子才会加到编号为1的瓶子,依次推一下,就可以得到一个二进制数,转换成十进制,就是有毒的那一瓶。


总结

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二进制面试题里,老鼠毒药问题是一个经典的逻辑推理问题问题通常表述为:有若干瓶液体,其中一瓶是毒药,其余为正常液体。使用老鼠来,每只老鼠可以喝多瓶液体的混合液,根据老鼠的生死状态来确定哪一瓶是毒药。 以有 8 瓶液体,其中 1 瓶是毒药为例。我们可以用 3 只老鼠来找出毒药。将 8 瓶液体从 0 - 7 编号,对应的二进制表示分别为: - 0 号:000 - 1 号:001 - 2 号:010 - 3 号:011 - 4 号:100 - 5 号:101 - 6 号:110 - 7 号:111 让第一只老鼠喝二进制表示中第一位为 1 的液体(即 4、5、6、7 号),第二只老鼠喝二进制表示中第二位为 1 的液体(即 2、3、6、7 号),第三只老鼠喝二进制表示中第三位为 1 的液体(即 1、3、5、7 号)。 如果第一只老鼠死了,说明毒药在 4、5、6、7 号中;如果没死,说明毒药在 0、1、2、3 号中。同理,根据第二只和第三只老鼠的生死情况,可以进一步缩小范围。后根据三只老鼠的生死状态组合成一个二进制数,这个二进制数对应的十进制编号就是毒药所在的瓶子。例如,第一只和第二只老鼠死了,第三只没死,对应的二进制数是 110,即 6 号瓶子是毒药。 从原理上来说,每只老鼠喝了水之后的反应(生或死)可以用来判断每一个二进制位的数字,不管生死,总能得出这个位的值是 0 还是 1。每使用一只老鼠都将问题规模缩小为原来的 1/2,这是典型的二分法应用 [^1]。 ```python # 模拟老鼠过程 def find_poisoned_bottle(num_bottles, num_mice, poisoned_bottle): # 初始化老鼠的生死状态 mice_states = [False] * num_mice # 遍历每一瓶液体 for bottle in range(num_bottles): # 如果是毒药瓶 if bottle == poisoned_bottle: # 找到该瓶子二进制表示中为 1 的位 for i in range(num_mice): if (bottle >> i) & 1: mice_states[i] = True # 根据老鼠的生死状态确定毒药瓶 result = 0 for i in range(num_mice): if mice_states[i]: result += (1 << i) return result # 测 num_bottles = 8 num_mice = 3 poisoned_bottle = 6 print(f"找到的毒药瓶编号是: {find_poisoned_bottle(num_bottles, num_mice, poisoned_bottle)}") ```
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