算法设计与分析——贪心算法——活动安排问题

本文探讨了如何使用贪心算法解决活动安排问题,即多个活动需要共享同一资源,同一时间只能进行一个活动。通过将活动按结束时间从小到大排序,选择结束时间最早的活动,确保后续活动不冲突,从而找到最大相容活动子集合。贪心算法虽无法保证全局最优,但在很多情况下能得到接近最优的解。

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问题描述:设有n个活动的集合E={1,2,…,n},其中每个活动都要求使用同一资源,如演讲会场等,而在同一时间内只有一个活动能使用这一资源。
每个活动i都有一个要求使用该资源的起始时间si和一个结束时间fi,且si<fi 。
如果选择了活动i,则它在半开时间区间[si, fi)内占用资源。

贪心算法总是做出在当前看来是最好的选择,也就是说,贪心算法并不从整体最优上加以考虑,所做出的的选择只是某种意义上的局部最优选择;
虽然贪心算法不是对所有的问题都能得到整体最优解,但对范围相当广的许多问题都能产生最优解,即使贪心算法不能得到整体最优解,但其最终结果却是最终结果却是最优解的很好的近似解

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将活动按照结束时间进行从小到大排序。然后用i代表第i个活动,s[i]代表第i个活动开始时间,f[i]代表第i个活动的结束时间。按照从小到大排序,挑选出结束时间尽量早的活动,并且满足后一个活动的起始时间晚于前一个活动的结束时间,全部找出这些活动就是最大的相容活动子集合。

#include<iostream>
using namespace std;

void activity_arrangement(int n,int start[],int final[],bool result[])
{
   
   		//先按活动的结束时间排好序 
	int temp;
	 result[1]=true;
	 temp=1;
	 for(int i=2;i<=n;i++)
	 {
   
   
	 	if(final[temp]<=start[i])
	 	{
   
   
	 		result[i]=true;
	 		temp=i;
		}
		else
		{
   
   
			result[i]=false;
		}
	 }
	 
}

int main()
{
   
   
	int n;
	cout<<"输入活动的个数:";
	cin>>n; 
	
	int start[n+1];
	int final[n+1];
	cout<<"输入活动的开始时间序列:";
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
   
   
		cin>>start[i];
	}
	
	cout<<"输入活动的结束时间序列:";
	for(int i=1;i<=n;i++)
	
<think>好的,我需要帮助用户了解贪心算法设计分析,并提供实验示例代码。首先,用户提到了他们可能需要完成相关实验任务,所以应该从基础开始,逐步引导。 首先,我应该解释贪心算法的基本概念,确保用户理解其核心思想,比如局部最优和全局最优的关系。然后,可以举几个经典例子,比如活动选择问题、霍夫曼编码或背包问题,这样用户能更好地理解应用场景。 接下来,用户需要具体的实验示例代码。考虑到贪心算法常见的例子,活动选择问题比较适合,因为它直观且代码相对简单。我需要用Python编写一个例子,注意代码的结构和注释,方便用户理解。 然后,实验分析部分需要说明时间复杂度和空间复杂度,帮助用户评估算法性能。同时,要提到贪心算法的优缺点,比如高效但不一定全局最优,这样他们在实验报告中可以进行分析。 用户提供的引用中,引用[1]提到了实验要求和步骤,引用[3]提到了开发环境,所以代码示例需要兼容常见的IDE,比如VS Code或Dev C++。不过Python代码在这些环境中都能运行,应该没问题。 最后,生成相关问题时要围绕贪心算法设计分析、优化和应用,这样用户能进一步深入学习和研究。确保问题覆盖理论、实际应用以及其他算法的比较,比如动态规划。 检查一下是否遵循了系统级指令:行内公式用$...$,独立公式单独成段,正确的中文回答,引用标识的位置正确。例如,在提到贪心算法适用条件时引用[^1],在实验步骤部分引用[^3]的IDE信息。 总结步骤:介绍概念,提供示例代码,分析实验结果,列举相关问题,并正确引用资料。确保内容结构清晰,代码正确可运行,分析到位,帮助用户完成实验任务。</think>### 贪心算法设计分析实验示例 #### 一、贪心算法设计核心思想 贪心算法通过**每一步选择当前状态下的局部最优解**,最终期望得到全局最优解。其设计需要满足两个条件: 1. **贪心选择性质**:每一步的局部最优解能推导出全局最优解 2. **最优子结构**:问题的最优解包含子问题的最优解 #### 二、经典实验案例:活动选择问题 **问题描述**:从$n$个活动集合中选出互不冲突的最大活动子集,每个活动有开始时间$s_i$和结束时间$f_i$。 **贪心策略**:优先选择**结束时间最早**的活动 ##### Python实现代码 ```python def greedy_activity_selector(s, f): n = len(s) selected = [0] # 第一个活动默认选中 k = 0 for m in range(1, n): if s[m] >= f[k]: # 检查时间是否冲突 selected.append(m) k = m return selected # 示例输入(已按结束时间排序) s = [1, 3, 0, 5, 8, 5] f = [2, 4, 6, 7, 9, 9] print("选择的活动编号:", greedy_activity_selector(s, f)) # 输出 [0, 1, 3, 4] ``` #### 三、实验分析要点 1. **时间复杂度**:$O(n\log n)$(主要来自排序操作) 2. **空间复杂度**:$O(n)$ 3. **正确性验证**:可通过数学归纳法证明贪心选择的有效性 4. **实验对比**:动态规划解法对比时间效率[^2] #### 四、贪心算法适用条件 | 条件类型 | 具体要求 | |---------|----------| | 贪心选择性 | 可通过局部最优达到全局最优 | | 最优子结构 | 子问题最优解能组合成原问题解 | #### 五、实验环境建议 推荐使用VS Code或Code::Blocks进行调试(参考引用),可通过断点调试观察活动选择过程。
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