拿手电筒过桥问题

1、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通过。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,你如何设计一个方案,让用的时间最少。(15分钟)

2、七个旅行者,所需过桥时间分别是1、4、5、5、5、8、9分钟。(40分钟)

解题规律:
假设A为最快,B为次快,而Z是任意一个其他旅行者
“由A护送最慢过桥,回来,然后继续护送最慢的过桥,再回来”,称作“模式一”。
”两个最快的过桥(A和B过桥),A回来,两个最慢的过桥,B回来”,称作“模式二”。
最佳方案构造法:以下是构造N个人(N≥1)过桥最佳方案的方法:
  1) 如果N=1、2,所有人直接过桥。
  2) 如果N=3,由最快的人往返一次把其他两人送过河。
  3) 如果N≥4,设A、B为走得最快和次快的旅行者,过桥所需时间分别为a、b;而Z、Y为走得最慢和次慢的旅行者,过桥所需时间分别为z、y。那么
    当2b>=a+y时,使用模式一将Z和Y移动过桥;
    当2b<a+y时,使用模式二将Z和Y移动过桥;
这样就使问题转变为N-2个旅行者的情形,从而递归解决之。

过桥问题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,且桥只能同时容纳两个。 - 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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