洛谷P1090 [NOIP 2004 提高组] 合并果子 题解

P1090 NOIP 2004 提高组 合并果子 题解

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题目大意

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现在有 n n n 堆果子,每堆果子的重量为 a i a_i ai,你要进行 n − 1 n - 1 n1 次合并。每次合并会把两堆果子合并成一堆果子,合并需要花费的体力为这两堆果子的重量之和,合并后果子的重量也为这两堆果子的重量之和。现在让你求出 n − 1 n - 1 n1 次合并花费的最小总体力。

思路

贪心思路

首先,很容易想到一个贪心:每次取重量最小的两堆果子,再取合并后重量最小的两堆果子,直到只有一堆果子为止。

证明过程

现在就要证明这个贪心,这里不妨先证明小范围贪心正确,再证明推导到大范围正确,就可以证明这个贪心正确。

step 1: 证明小范围贪心正确

假设现在只有 3 堆果子,果子的数量分别为 a , b , c a,b,c a,b,c,假设 a ≤ b ≤ c a \le b \le c abc a , b , c a,b,c a,b,c 的顺序与答案无关),现在开始需要先取 a , b a, b a,b 一定是最优的。

第一种情况:先取 a , b a, b a,b,最终答案为 ( a + b ) + ( a + b + c ) = 2 a + 2 b + c (a + b) + (a + b + c) = 2a + 2b + c (a+b)+(a+b+c)=2a

### NOIP 2004 提高 合并果子 Python 解题思路 #### 背景描述 合并果子问题是经典的贪心算法题目之一。给定若干堆果子的数量,每次可以选取两堆数量最少的果子将其合并成一堆,并记录此次合并所花费的成本(即这两堆果子数之和)。最终目标是最小化总成本。 #### 思路分析 为了最小化合并过程中的总成本,应该优先考虑将较小的两堆先合并起来。这样做的好处是可以减少后续较大规模合并时所需付出的成本。具体来说: - 使用一个小根堆来存储每堆果子的数量。 - 每次取出两个最小值进行合并操作,并把新得到的结果重新放回堆中继续参与下一轮比较。 - 记录每一次合并产生的费用直到只剩下一堆为止[^1]。 #### 实现方法 基于上述策略,在Python编程语言环境下可以通过`heapq`模块轻松构建这样一个高效的小顶堆结构来进行求解。 ```python import heapq def min_cost_to_merge_fruits(fruit_piles): # 将所有的果子堆加入到一个列表里, 并转换为最小堆 heapq.heapify(fruit_piles) total_cost = 0 while len(fruit_piles) > 1: # 取出当前最小的两堆果子 first_min = heapq.heappop(fruit_piles) second_min = heapq.heappop(fruit_piles) current_cost = first_min + second_min # 更新总的消耗代价 total_cost += current_cost # 把这次合并后的结果再加回到堆里面去 heapq.heappush(fruit_piles, current_cost ) return total_cost ``` 此函数接收一个整型数作为输入参数,代表初始状态下各堆果子的具体数目;返回的是完成全部合并不需要额外空间复杂度下的最低可能耗费时间/次数。
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