算法设计与分析:二、递归与分治算法(全排列问题)_算法分析与设计排列-程序员宅基地

技术标签: 算法  C++  数据结构  

递归与分治:

递归:
直接或间接调用自身的算法。

分治:
将规模为n的问题分为k个规模较小的子问题。子问题和原问题相同且相互独立。递归地解决子问题并将子问题的解合并为原问题的解。

一般而言,将问题分为大小相近的子问题是最有效率的。通常将问题一分为二。从设计模式可以看出,分治法一般用递归实现。所以分治法的效率可以通过递归表达式进行分析。
 

递归例题:  半数集问题

描述:

给定一个自然数n,由n 开始可以依次产生半数集set(n)中的数如下。
(1) n∈set(n);
(2) 在n 的左边加上一个自然数,但该自然数不能超过最近添加的数的一半;
(3) 按此规则进行处理,直到不能再添加自然数为止。
例如,set(6)={6,16,26,126,36,136}。半数集set(6)中有6 个元素。

输入

输入一个自然数n

输出

半数集中数的个数

样例输入

6

样例输出

6

分析:

写一个函数 在循环外定义一个sum记录半数集的个数,初始值设为1,因为半数集个数最小是1

用循环找出小于等于给定数的二分之一的数字,若有sum+1

然后每次循环结束之前再调用这个函数,找出小于等于找出数二分之一的数字,以此类推...

#include <iostream>

using namespace std;

int set(int n)
{
    int sum=1;
    for(int i=1;i<=n/2;i++)
    {
        sum=sum+set(i);

    }
return sum;
}
int main()
{ int n;
cin>>n;
cout<<set(n)<<endl;

}

经典:全排列问题

描述

输入一个n,输出1~n之间数的全排列(n<=5)

输入

n

输出

全排列

样例输入

3

样例输出

1 2 3
1 3 2
2 1 3
2 3 1
3 2 1
3 1 2

分析:

全排列采用递归和分治的算法

全排列无非就是把所有的数字在所有的位置上放一次

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

//打印全排列
void prt(int arr[], int end)
{
    for (int i = 0; i <= end; i++)
        cout << arr[i] << " ";
}

void perm(int arr[], int begin, int end)
{
    //递归终止条件:当只有一个数字做全排列的时候,则它的全排列就等于其本身。
    if (begin == end)
    {
        prt(arr, end);
        cout << endl;
        return;
    }

    for (int i = begin; i <= end; i++)
    {
        swap(arr[begin], arr[i]);  //将第i个元素放到begin起始位置
        perm(arr, begin + 1, end); //将剩下的从begin+1到最后的元素进行全排列
        swap(arr[begin], arr[i]);  //将交换的数进行还原
    }
}

int main()
{
     int n;
     cin>>n;
     int a[n];
     for(int i=0;i<n;i++){a[i]=i+1;} perm(a,0,n-1);
    //int arr[3] = { 1,2,3 };
    //perm(arr, 0, 2);
}

代码分析:

perm()函数中先设置了终止的条件即:begin=end;即:遍历到最后一个位置终止。

利用循环把每个数放置在第一个位置一次,且循环中再次调用函数本身,让每个数字均再放到下一个位置一次,然后函数本身调用时又会再遍历到第三个位置,直到满足终止条件。

从而使得每个数字在每个位置都放置过一次,即:实现了全排列。

(主函数定义数组并且赋初值,使得数列本身的顺序是逐渐递增+1)

最重要的还是理解程序本身的运行过程,有很多细节是用言语说不清楚的,所以最重要的还是思考。

上一篇文章中的过河卒问题也属于分治问题。

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