二是看算法运行时所占用的空间,既空间复杂度。
由于当今计算机硬件技术发展很快,程序所能支配的自由空间一般比较充分,所以空间复杂度就不如时间复杂度那么重要了,有许多问题人们主要是研究其算法的时间复杂度,而很少讨论它的空间耗费。
时间复杂性和空间复杂性在一定条件下是可以相互转化的。
在中学生信息学奥赛中,对程序的运行时间作出了严格的限制,如果运行时间超出了限定就会判错,因此在设计算法时首先要考虑的是时间因素,必要时可以以牺牲空间来换取时间,动态规划法就是一种以牺牲空间换取时间的有效算法。
对于空间因素,视题目的要求而定,一般可以不作太多的考虑。
我们通过一个简单的数值计算问题,来比较两个不同算法的效率(在这里只比较时间复杂度)。
例:
求N!
所产生的数后面有多少个0(中间的0不计)。
算法一:
从1乘到n,每乘一个数判断一次,若后面有0则去掉后面的0,并记下0的个数。
为了不超出数的表示范围,去掉与生成0无关的数,只保留有效位数,当乘完n次后就得到0的个数。
(pascal程序如下)
var i,t,n,sum:
longint;
begin
t:
=0;sum:
=1;
readln(n);
fori:
=1tondo
begin
sum:
=sum*i;
whilesummod10=0do
begin
sum:
=sumdiv10;
inc(t);{计数器增加1}
end;
sum:
=summod1000;{舍去与生成0无关的数}
end;
writeln(t:
6);
end.
算法二:
此题中生成O的个数只与含5的个数有关,n!
的分解数中含5的个数就等于末尾O的个数,因此问题转化为直接求n!
的分解数中含5的个数。
vart,n:
integer;
begin
readln(n);
t:
=0;
repeat
n:
=ndiv5;
inc(t,n);{计数器增加n}
untiln<5;
writeln(t:
6);
end.
分析对比两种算法就不难看出,它们的时间复杂度分别为O(N)、O(logN),算法二的执行时间远远小于算法一的执行时间。
在信息学奥赛中,其主要任务就是设计一个有效的算法,去求解所给出的问题。
如果仅仅学会一种程序设计语言,而没学过算法的选手在比赛中是不会取得好的成绩的,选手水平的高低在于能否设计出好的算法。
下面,我们根据全国分区联赛大纲的要求,一起来探讨信息学奥赛中的基本算法。
信息学奥赛中的基本算法(枚举法)
枚举法,常常称之为穷举法,是指从可能的集合中一一枚举各个元素,用题目给定的约束条件判定哪些是无用的,哪些是有用的。
能使命题成立者,即为问题的解。
采用枚举算法解题的基本思路:
(1)确定枚举对象、枚举范围和判定条件;
(2)一一枚举可能的解,验证是否是问题的解
下面我们就从枚举算法的的优化、枚举对象的选择以及判定条件的确定,这三个方面来探讨如何用枚举法解题。
枚举算法应用
例1:
百钱买百鸡问题:
有一个人有一百块钱,打算买一百只鸡。
到市场一看,大鸡三块钱一只,小鸡一块钱三只,不大不小的鸡两块钱一只。
现在,请你编一程序,帮他计划一下,怎么样买法,才能刚好用一百块钱买一百只鸡?
算法分析:
此题很显然是用枚举法,我们以三种鸡的个数为枚举对象(分别设为x,y,z),以三种鸡的总数(x+y+z)和买鸡用去的钱的总数(x*3+y*2+z)为判定条件,穷举各种鸡的个数。
下面是解这个百鸡问题的程序
varx,y,z:
integer;
begin
forx:
=0to100do
fory:
=0to100do
forz:
=0to100do{枚举所有可能的解}
if(x+y+z=100)and(x*3+y*2+zdiv3=100)and(zmod3=0)thenwriteln('x=',x,'y=',y,'z=',z);{验证可能的解,并输出符合题目要求的解}
end.
上面的条件还有优化的空间,三种鸡的和是固定的,我们只要枚举二种鸡(x,y),第三种鸡就可以根据约束条件求得(z=100-x-y),这样就缩小了枚举范围,请看下面的程序:
varx,y,z:
integer;
begin
forx:
=0to100do
fory:
=0to100-xdo
begin
z:
=100-x-y;
if(x*3+y*2+zdiv3=100)and(zmod3=0)thenwriteln('x=',x,'y=',y,'z=',z);
end;
end.
未经优化的程序循环了1013次,时间复杂度为O(n3);优化后的程序只循环了(102*101/2)次,时间复杂度为O(n2)。
从上面的对比可以看出,对于枚举算法,加强约束条件,缩小枚举的范围,是程序优化的主要考虑方向。
在枚举算法中,枚举对象的选择也是非常重要的,它直接影响着算法的时间复杂度,选择适当的枚举对象可以获得更高的效率。
如下例:
例2、将1,2...9共9个数分成三组,分别组成三个三位数,且使这三个三位数构成1:
2:
3的比例,试求出所有满足条件的三个三位数.
例如:
三个三位数192,384,576满足以上条件.(NOIP1998pj)
算法分析:
这是1998年全国分区联赛普及组试题(简称NOIP1998pj,以下同)。
此题数据规模不大,可以进行枚举,如果我们不加思地以每一个数位为枚举对象,一位一位地去枚举:
fora:
=1to9do
forb:
=1to9do
………
fori:
=1to9do
这样下去,枚举次数就有99次,如果我们分别设三个数为x,2x,3x,以x为枚举对象,穷举的范围就减少为93,在细节上再进一步优化,枚举范围就更少了。
程序如下:
var
t,x:
integer;
s,st:
string;
c:
char;
begin
forx:
=123to321do{枚举所有可能的解}
begin
t:
=0;
str(x,st);{把整数x转化为字符串,存放在st中}
str(x*2,s);st:
=st+s;
str(x*3,s);st:
=st+s;
forc:
='1'to'9'do{枚举9个字符,判断是否都在st中}
ifpos(c,st)<>0theninc(t)elsebreak;{如果不在st中,则退出循环}
ift=9thenwriteln(x,'',x*2,'',x*3);
end;
end.
在枚举法解题中,判定条件的确定也是很重要的,如果约束条件不对或者不全面,就穷举不出正确的结果, 我们再看看下面的例子。
例3一元三次方程求解(noip2001tg)
问题描述有形如:
ax3+bx2+cx+d=0这样的一个一元三次方程。
给出该方程中各项的系数(a,b,c,d均为实数),并约定该方程存在三个不同实根(根的范围在-100至100之间),且根与根之差的绝对值>=1。
要求由小到大依次在同一行输出这三个实根(根与根之间留有空格),并精确到小数点后2位。
提示:
记方程f(x)=0,若存在2个数x1和x2,且x1样例
输入:
1-5-420
输出:
-2.002.005.00
算法分析:
由题目的提示很符合二分法求解的原理,所以此题可以用二分法。
用二分法解题相对于枚举法来说很要复杂很多。
此题是否能用枚举法求解呢?
再分析一下题目,根的范围在-100到100之间,结果只要保留两位小数,我们不妨将根的值域扩大100倍(-10000<=x<=10000),再以根为枚举对象,枚举范围是-10000到10000,用原方程式进行一一验证,找出方程的解。
有的同学在比赛中是这样做
var
k:
integer;
a,b,c,d,x:
real;
begin
read(a,b,c,d);
fork:
=-10000to10000do
begin
x:
=k/100;
ifa