环形涂色(dp)

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本文探讨了环形涂色问题,当环形由14个格子组成,需要使用3种颜色且相邻格子颜色不同时,涂色方案数为24576。当格子数增加到50时,通过动态规划的方法计算出涂色方案的总数。源代码以JAVA实现,动态规划数组f记录不同格子数的涂色方案数,递推公式为f[i] = f[i-2] * 2 + f[i-1],分别考虑相邻格子颜色相同和不同的情况。

6. 环形涂色

 

如上图,组成环形的格子需要涂3种颜色。
它们的编号分别是1~14
相邻的格子不能用相同的颜色。
涂色方案的数目是:24576

当格子数目为50的时候,求涂色方案总数。

【源代码】
【JAVA:于航】

public class A
{
  /*
  static long f(int n){
    if(n==1) return 3;
    if(n==2) return 6;
    return 2 * f(n-2) + f(n-1);
  }
  */
 
  public static void main(String[] args){
    long[] f = new long[50+10];
    f[1] = 3;
    f[2] = 6;
    for(int i=3; i<=50; i++){

      f[i] = f[i-2] * 2 + f[i-1];

//①第二个与第n个同色时,第一个可以涂两种颜色  ②第二个与第n个不同色时,第一个可以涂一种颜色

&nb

### 环形涂色问题的数学公式与算法实现 环形涂色问题是一种经典的组合数学问题,通常涉及对一个环形结构进行涂色,并满足特定条件。以下将详细介绍该问题的数学公式和算法实现。 #### 数学公式的推导 环形涂色问题的核心在于避免相邻区域的颜色相同,同时考虑环形结构的特殊性(即首尾相连)。对于一个由 \( n \) 个部分组成的环形结构,假设使用 \( m \) 种颜色进行涂色,则可以采用递推公式来计算合法的涂色方案数。 递推关系如下: - 当 \( n = 2 \),合法的涂色方案数为 \( f(2) = m(m-1) \),因为两部分不能同色。 - 当 \( n = 3 \),合法的涂色方案数为 \( f(3) = m(m-1)(m-2) + m(m-1) \),其中第一项表示三部分互不相同,第二项表示首尾同色的情况。 - 对于 \( n > 3 \),递推公式为: \[ f(n) = (m-1)f(n-1) + (m-2)f(n-2) \] 其中: - \( (m-1)f(n-1) \) 表示第 \( n \) 部分与第 \( n-1 \) 部分不同色的情况; - \( (m-2)f(n-2) \) 表示第 \( n \) 部分与第 \( n-1 \) 部分同色,但与第 \( n-2 \) 部分不同色的情况。 此递推公式的正确性可以通过动态规划的思想验证[^3]。 #### 算法实现 基于上述递推公式,可以使用动态规划的方法实现环形涂色问题的算法。以下是具体的代码实现: ```java public class RingColor { // 动态规划解法 public static long ringColor(int n, int m) { if (n == 0 || m == 0) return 0; if (n == 1) return m; long[] f = new long[n + 1]; f[1] = m; // 单个部分的涂色方案数 f[2] = m * (m - 1); // 两个部分的涂色方案数 for (int i = 3; i <= n; i++) { f[i] = (m - 1) * (f[i - 1] + f[i - 2]); } return f[n]; } public static void main(String[] args) { int n = 5; // 环形部分的数量 int m = 4; // 可用颜色的数量 System.out.println(ringColor(n, m)); // 输出涂色方案总数 } } ``` 在上述代码中: - `ringColor` 方法通过动态规划计算环形涂色的方案总数。 - 初始条件为 \( f(1) = m \) 和 \( f(2) = m(m-1) \)。 - 使用循环计算 \( f(n) \) 的值,最终返回结果。 #### 极坐标变换的应用 在某些实际场景中,例如图像处理中的圆环检测问题,可以结合极坐标变换将环形结构转换为矩形结构,从而简化问题[^1]。然而,在纯数学领域,环形涂色问题通常不需要这种几何变换,而是直接依赖递推公式或动态规划方法求解。
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