过桥问题

有ABCD四个人要在夜里过一座桥,他们通过这座桥分别需要耗时1、2、5、10分钟,现在只有一支手电,过桥时必须带有手电,并且同时最多只能两个人一起过桥。请问如何安排能够让四个人尽快都过桥。

解答如下:author:daxiami101

假如现在只有三个人的话,过河时间分别为a1,a2,a3,且a1<=a2<=a3,则过河最短时间一定是a1+a2+a3(前提是,河对岸没有人的情况下),这只是作为一个参考模型。

现在多了一个人,好不疑问,必须要把4个人的情况,降低为3个人,且必须经历这样一个过程,因此在让第一个人过河时,必须使得时间最短。现在,把4个人的速度排序1,2,5,10。前两个前先过,时间当然是最短的,毫无疑问,2在对岸,1返回,共耗时3分钟。
好了,现在,问题回到了最初的模型,3人过河的问题,但唯一不同的是,河对岸现在是有人的,因此不能和之前的情况完全的相同。必须分情况。按什么分呢,显然是剩余三人的过河时间。
第一:现在我们忽略河对岸的人,完全按照最初的模型来进行计算,显然时间为1+5+10=16分钟;
第二:我们利用河对岸的人,并以此为资源,缩短过河时间。分析如下:时间最长的人,无论如何都要花费那么多的时间,因此让时间第二长的人和他一起过河,可以将第二人的时间完全的屏蔽掉,因此让5,10一起过河,共花费10分钟,此时1还在对岸,需要一人回去接应,当然此时应该让2去,因此,此过程花费4分钟。
把两种情况做简单的对比;第一种:3+16=19;第二种:3+10+4=17;
显然第二种要好。故共花费17分钟。
但是,有一点需要说明的是,并不是所有的情况都是第二种好。

比如1,3,4,5;



过桥问题是一个经典的优化问题,目标是让所有在最短的时间内全部过桥。这个问题通常需要使用贪心算法或动态规划来解决,但通过合理的策略可以找到最优解。 ### 问题描述 - 有六位旅行者:A、B、C、D、E 和 F。 - 每个单独过桥所需的时间分别是 1、5、6、7、8 和 9 分钟。 - 只有一只手电筒,且只能时容纳两个。 - 当两一起过桥时,过桥时间等于较慢的那个的时间。 ### 解决方案 该问题的一个常见解决方案是基于“快速来回”原则设计的策略,即让速度较快的负责多次往返送手电筒,从而减少整体时间消耗。以下是具体的步骤: 1. **首先安排两个最快的过桥**: - 让 A(1分钟)和 B(5分钟)先过桥,耗时 5 分钟。 2. **让最快的返回**: - 让 A 返回,耗时 1 分钟。 3. **安排两个最慢的过桥**: - 让 C(6分钟)、D(7分钟过桥,耗时 7 分钟4. **让另一个快的返回**: - 让 B 返回,耗时 5 分钟。 5. **再次让两个最快的过桥**: - 让 A 和 B 过桥,耗时 5 分钟。 6. **重复类似策略处理剩下的两个**: - 让 E(8分钟)和 F(9分钟过桥,耗时 9 分钟。 - 让 A 返回,耗时 1 分钟。 - 最后,让 A 和 B 过桥,耗时 5 分钟。 将上述时间相加: - 第一轮:5 + 1 = 6 分钟 - 第二轮:7 + 5 = 12 分钟 - 第三轮:5 + 1 = 6 分钟 - 第四轮:9 + 5 = 14 分钟 总时间为:6 + 12 + 6 + 14 = **38 分钟** ### 算法实现 下面是一个简单的 Python 实现示例,用于计算最优过桥时间: ```python def bridge_crossing_times(people): people.sort() # 按照过桥时间排序 total_time = 0 n = len(people) while n > 3: # 使用两种策略中的较小值 strategy1 = people[0] + people[1] + people[1] + people[-1] strategy2 = people[0] + people[-2] + people[-1] + people[0] total_time += min(strategy1, strategy2) people.pop() people.pop() n -= 2 if n == 3: total_time += sum(people) # A 带其他过桥 elif n == 2: total_time += people[-1] else: total_time += people[0] return total_time # 六过桥时间 times = [1, 5, 6, 7, 8, 9] optimal_time = bridge_crossing_times(times.copy()) print(f"最优过桥时间为: {optimal_time} 分钟") ``` ### 结论 该问题的关键在于如何利用最快的两个(如 A 和 B)来最小化手电筒的传递时间,并在适当的时候让最慢的两个一起过桥以减少额外的时间消耗。最终的最优时间是 **38 分钟**,这是在合理策略下所能达到的最佳结果[^1]。
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