《算法图解》八

贪婪算法应用实例

思想:每步都采取最优的做法。在这个示例中,你每次都选择结束最早的 课。用专业术语说,就是你每步都选择局部最优解,最终得到的就是全局最优解
贪心算法是一种近似算法(approximation algorithm)。在获得精确解需要的时间太长时,可使用近 似算法。判断近似算法优劣的标准如下:
 速度有多快;
 得到的近似解与最优解的接近程度

  1. 教室调度问题
    计算这几门课程需要最少教室的数目, 每次都选择最早时间结束的课程。

  2. 背包问题
    背包的容量是一定的,每件物品都有他的价值,选择一种装包的方法能使背包里价值最大:每次都选择价值最大的物品装入背包。

  3. 集合覆盖问题
    假设你办了个广播节目,要让全美50个州的听众都收听得到。为 此,你需要决定在哪些广播台播出。在每个广播台播出都需要支付费 用,因此你力图在尽可能少的广播台播出。现有广播台名单如下
    在这里插入图片描述
    如何找出覆盖全美50个州的最小广播台集合呢?听起来很容易,但其实非常难。具体方法如下。
    (1) 列出每个可能的广播台集合,这被称为幂集(power set)。可能的子集有2n个。
    (2) 在这些集合中,选出覆盖全美50个州的最小集合。

stations = {} 
stations["kone"] = set(["id", "nv", "ut"]) 
stations["ktwo"] = set(["wa", "id", "mt"]) 
stations["kthree"] = set(["or", "nv", "ca"]) 
stations["kfour"] = set(["nv", "ut"]) 
stations["kfive"] = set(["ca", "az"]) 
states_needed = set(["mt", "wa", "or", "id", "nv", "ut", "ca", "az"]) 
while states_needed:  
	best_station = None   
	states_covered = set()   
	for station, states in stations.items():     
		covered = states_needed & states      #集合交
		if len(covered) > len(states_covered): 
			best_station = station states_covered = covered 
	states_needed -= states_covered   #集合做差
	final_stations.add(best_station) 
### 关于分治算法图解说明 分治算法是一种重要的算法设计方法,其核心思想是将一个问题划分为若干个规模较小的子问题,分别求解这些子问题后再将其结果合并得到原问题的解。以下是基于已有引用内容以及专业知识整理的一个详细的分治算法图解教程。 #### 1. 分治算法的核心概念 分治算法的主要步骤通常包括三个部分:划分、求解和合并。具体来说: - **划分**:将原始问题分解为多个独立的小问题[^3]。 - **求解**:递归地解决每一个小问题。如果某个子问题是基本情况,则直接返回结果[^1]。 - **合并**:将各子问题的结果综合起来形成最终解答[^2]。 #### 2. 经典案例——归并排序的图解分析 归并排序是一个典型的分治算法应用实例。下面通过具体的图解展示如何利用分治策略完成数组排序: 假设有一个未排序的整数列表 `nums = [8, 4, 7, 6, 5, 3, 2, 1]`,我们将按照如下方式对其进行操作: ##### (a) 划分子问题阶段 初始状态下的输入数据被不断拆分为两半直到每组只剩下一个元素为止。这一过程可以用树形结构表示出来: ``` [8, 4, 7, 6, 5, 3, 2, 1] / \ [8, 4, 7, 6] [5, 3, 2, 1] / \ / \ [8, 4] [7, 6] [5, 3] [2, 1] / \ / \ / \ / \ 8 4 7 6 5 3 2 1 ``` 上述流程展示了如何逐步缩小问题范围至最基础情形的过程。 ##### (b) 合并解决方案阶段 当所有单元素集合准备好之后,程序开始向上回溯并将相邻两个有序序列重新组合成更大的有序序列。此过程中每次只考虑当前层面上最近邻接的部分即可完成局部最优调整从而达到全局目标效果: ``` 第一步: [4, 8] [6, 7] [3, 5] [1, 2] 第二步: [4, 6, 7, 8] [1, 2, 3, 5] 第三步(最终结果): [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] ``` 以上即完成了整个归并排序的操作演示。 #### 3. Java 实现代码示例 下面是基于上述逻辑编写的简单版本Java语言实现代码片段: ```java public class MergeSort { public static void main(String[] args){ int[] array={8,4,7,6,5,3,2,1}; mergeSort(array,0,array.length-1); System.out.println(Arrays.toString(array)); } private static void mergeSort(int[] data,int left,int right){ if(left<right){ int mid=(left+right)/2; // 对左半边进行递归调用 mergeSort(data,left,mid); // 对右半边进行递归调用 mergeSort(data,mid+1,right); // 将左右两边已排序好的区间合并到一起 merge(data,left,mid,right); } } private static void merge(int[] data,int l,int m,int r){ ... } } ``` 注意这里省略了一些细节性的辅助函数定义部分内容以保持简洁明了。 --- ###
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