信号放大器算法(在二叉树节点中放最少放大器,并保证所有节点信号量不至于过低)

题目: 输入一个二叉树网络,每个节点有一个从父亲节点到本节点的衰减值,树根为信号的源头,希望在二叉树中放置尽可能少的放大器,并且所有节点的信号量衰减值不超过一个容忍值。放大器可以将信号放大到树根节点出发时候的信号量大小。

算法思想:采用后序遍历,在遍历过程中判断是否需要加放大器。

算法正确性: 因为后续遍历可以将同一层上(兄弟间)需要加放大器的节点,合并到父亲节点中,从而达到了减少放大器数量的目的。


#include <iostream>

#include <stack>


using namespace std;
int MaxReduction=0;
struct Node{
int num;//节点编号
int reduction;//到父节点之间 的衰减
int maxReduction;//到所有子节点之间的 最大衰减
bool flag;//是否添加放大器
Node * left;
Node * right;
};
void Create(Node * & root)
{
int t,s;
cin>>t;
if(t==-1)
return;
cin>>s;
root=new Node;
root->num=t;
root->reduction=s;
root->flag=false;
root->maxReduction=0;
root->left=root->right=NULL;
Create(root->left);
Create(root->right);
}
void PostTraverse(Node * root)
{
if(root==NULL)return;
PostTraverse(root->left);
PostTraverse(root->right);
if(root->left)
{
if(root->left->maxReduction+root->left->reduction>=MaxReduction)
root->left->flag=true;
else
{
if(root->left->maxReduction+root->left->reduction>root->maxReduction)
root->maxReduction=root->left->maxReduction+root->left->reduction;
}
}
if(root->right)
{
if(root->right->maxReduction+root->right->reduction>=MaxReduction)
root->right->flag=true;
else
{
if(root->right->maxReduction+root->right->reduction>root->maxReduction)
root->maxReduction=root->right->maxReduction+root->right->reduction;
}
}


}
void Show(Node * root)
{
if(root==NULL)
return;
if(root->flag)
cout<<"节点"<<root->num<<" 放置放大器"<<endl;
Show(root->left);
Show(root->right);

}
void main()
{
cout<<"请输入最大衰减值\n";
cin>>MaxReduction;
cout<<"请输入二叉树\n";
Node * root;
Create(root);
PostTraverse(root);//后序遍历过程中 确定何处加放大器
Show(root);

::system("pause");


}
1) 问题描述 天然气经过管道网络从其生产基地输送到消耗地,在传输过程中,其性能的某一个或几个方面可能会有所衰减(例如气压)。为了保证信号衰减不超过容忍值,应在网络中的合适位置放置放大器以增加信号(例如电压)使其与源端相同。设计算法确定把信号放大器放在何处,能使所用的放大器数目最少保证信号衰减不超过给定的容忍值。 2) 基本要求 (1) 建立模型,设计数据结构; (2) 设计算法完成放大器的放置; (3) 分析算法的时间复杂度。 3) 设计思想 为了简化问题,假设分布网络是二叉树结构,源端是树的根结点,信号从一个结点流向其孩子结点,树中的每一结点(除了根)表示一个可以用来放置放大器的位置。图5是一个网络示意图,边上标出的是从父结点到子结点的信号衰减量。 对于网络中任一结点i,设d(i)表示结点i与其父结点间的衰减量,D(i)为从结点i到结点i的子树中任一叶子结点的衰减量的最大值,有如下递推公式: 在此公式中,要计算某结点的D值,必须先计算其孩子结点的D值,因而必须后序遍历二叉树,当访问一个结点时,计算其D值。 例如,D(B)=max{D(D)+d(D),D(E)}=4,若容忍值为3,则在B点或其祖先的任意一点放置放大器不能减少B与其后代的衰减量,必须在D点放置一个放大器或在其孩子结点放置一个或多个放大器。若在结点D 处放置一个放大器,则D(B)=2。
C++信号放大器 (1) 运用二叉树的定义将左孩子、右孩子、结点值、权值即与父结点的衰减量、以及当前结点的最大衰减量联系起来。 (2) 设置信号放大器函数 该函数主要实现判断是否超过容忍值在合适位置放置信号放大器使其数量最少。 首先将当前结点最大衰减量D初始化,当只有右子树时即左子树为空,计算出当前结点的最大衰减量,判断当超过容忍值时则放置信号放大器输出;当只有左子树时即右子树为空,计算出当前结点的最大衰减量,判断当超过容忍值时则放置信号放大器输出;当左右子树都存在左子树的衰减量大于右子树时则计算当前结点最大衰减量D判断是否超过容忍值输出,继续进一步比较其右子树的当前最大衰减量与右子树的衰减量之和和其左子树的衰减量,若大于则更新D,判断是否超过容忍值输出,再进一步比较其右子树的衰减量与其左子树的衰减量,若大于则再更新D;当左右子树都存在且右子树的衰减量大于左子树时,比较方法与前者相似,颠倒左右即可。 通过此算法可将放置的放大器数目最少(3) 主函数 主函数中包括输入信息时的声明及相关函数的调用。 四 调试分析 该程序在设置信号放大器的比较算法上有些麻烦,需要进行很多比较。结点信息的输入也比较麻烦,很浪费时间,还有就是输出结果时最好将二叉树的具体结构一同输出便于检查,且形象直观。
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