算法与分析平时作业答案.docx

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算法与分析平时作业答案

平时作业

1、给定下述二分搜索算法，请判断算法的正确性，指出错误算法的产生原因。

a）intBinarySearch（Typea[],constType&x,intl,intr）{

while（r>=l）{

intm=（l+r）/2;

if（x==a[m]）returnm;

if（x

elsel=m+1;

}

return-1;

}

答：

正确

b）intBinarySearch（Typea[],constType&x,intl,intr）{

while（r>=l）{

intm=（l+r）/2;

if（x==a[m]）returnm;

if（x

elsel=m-1;

}

return-1;

}

答：

错误

if（x

c）intBinarySearch（Typea[],constType&x,intl,intr）{

while（r>l）{

intm=（l+r）/2;

if（x==a[m]）returnm;

if（x

elsel=m+1;

}

return-1;

}

答：

错误。

while（r>l）要考虑到数组只有一个元素的情况所以应该是r>=l;

2、O

（1）空间子数组环卫算法：

设a[0:

n-1]是一个n维数组，k（1≤k≤n-1）是一个非负整数。

试设计一个算法将子数组a[0:

k-1]与a[k+1:

n-1]换位。

要求算法在最坏情况下耗时O（n），且只用O

（1）的辅助空间。

答：

最简单的方法就是循环（n-k-1）次，将a数组的末尾数字插入到a[0]之前。

具体做法：

（1）首先开辟一个额外空间temp用于存放每一次a数组的末尾数据。

（2）temp<-a[n-1]

（3）将a[0:

n-2]每个数据都依次向后移动一位赋值给a[1:

n-1]。

（4）a[0]<-temp

（5）循环执行

（2）-（4）步（n-k+1）次。

代价分析：

时间代价——O（（n-1）*（n-k+1））即O（n^2）数量级；空间代价：

O

（1）

3、定义：

给定一个自然数n，由n开始依次产生半数集set（n）中的元素如下：

1）

；

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，直至不能再添加新的自然数为止。

例如

。

其中共有6个元素。

半数集问题：

对于给定的n，求半数集set（n）中元素的个数。

答：

半数集set（n）中元素个数的求解是个递归的过程。

设set（n）中的元素个数为f（n），则显然有递归表达式：

f（n）=1+∑f（i），i=1,2……n/2。

即半数集set（n）元素个数f（n）=1+f

（1）+f

（2）+...+f（floor（n/2））.用递推法求解。

C语言代码如下：

#include

#include

intmain（）{

intn;

inti,j,s;

intbuf[106];

char*in="input.txt",*out="output.txt";

FILE*ip,*op;

if（（ip=fopen（in,"r"））==NULL）return1;

if（（op=fopen（out,"w"））==NULL）return2;

fscanf（ip,"%d",&n）;

fclose（ip）;

buf[1]=1;

buf[2]=2;

buf[3]=2;

for（i=4;i*2<=n;i++）{

s=1;

for（j=1;j<=i/2;j++）{

s+=buf[j];

}

buf[i]=s;

}

s=1;

for（j=1;j<=n/2;j++）{

s+=buf[j];

}

fprintf（op,"%d",s）;

fclose（op）;

/*system（"pause"）;*/

return0;

}

4、设计一个算法，找出由n个数组成的序列的最长单调递增子序列的长度。

答：

#include#definem10

//快速排序

voidQuickSort（intR[],ints,intt）{

inti=s,j=t;inttmp;

if（s

tmp=R[s];

while（i!

=j）{

while（j>i&&R[j]>=tmp）j--;

R[i]=R[j];

while（i

R[j]=R[i];

}

R[i]=tmp;

QuickSort（R,s,i-1）;

QuickSort（R,i+1,t）;

}

}

//找出最长公共子序列

voidLCSLength（intx[],inty[],intn,intc[m][m],intb[m][m]）{

inti,j;for（i=0;i

c[0][i]=0;c[i][0]=0;

}

for（i=0;i

if（x[i]==y[j]）{

c[i][j]=c[i-1][j-1]+1;b[i][j]=1;

}elseif（c[i-1][j]>=c[i][j-1]）{

c[i][j]=c[i-1][j];

b[i][j]=2;

}else{

c[i][j]=c[i][j-1];b[i][j]=3;

}

}

}

voidLCS（inti,intj,int*x,intb[m][m]）{

if（i<0||j<0）return;if（b[i][j]==1）{

LCS（i-1,j-1,x,b）;cout<

}elseif（b[i][j]==2）LCS（i-1,j,x,b）;

elseLCS（i,j-1,x,b）;

}

voidmain（）{

intx[m],y[m],d;

cout<<"请输入元素个数"<>d;

cout<<"请输入元素"<

for（inti=0;i

cin>>x[i];y[i]=x[i];

}

intc[m][m]={0},b[m][m]={0};

QuickSort（x,0,d-1）;

LCSLength（x,y,d,c,b）;

cout<<"最长单调递增子序列为：

"<

}

5、会场安排问题：

假设要在足够多的会场里安排一批活动，并希望使用尽可能少的会场。

设计一个有效的贪心算法进行安排。

对于给定的n个待安排的活动，计算使用最少会场的个数。

每个活动i都有一个开始时间和结束时间，分别表示为b（i），f（i）。

答：

#include

usingnamespacestd;

#defineM50//最大活动数

structActive{

intb;//开始时间

intf;//结束时间

intno;//预安排会场号

}a[M];

//两元素交换位置

voids&a,Active&b）{

Activet=a;a=b;b=t;

}

voidmain（）{

intk,i,j;

cout<<"输入待安排活动数:

"<

cin>>k;

cout<<"输入待安排活动的开始时间和结束时间:

"<

//活动时间排序

for（i=1;i<=k;i++）{

{for（j=i;j<=k;j++）{

if（a[i].b>a[j].b）swap（a[i],a[j]）;

if（a[i].b==a[j].b）{

if（a[i].f>a[j].f）swap（a[i],a[j]）;

}

}

}

intintsum=1;//使用的会场数初始化

intn;a[1].no=sum;

for（i=2;i<=k;i++）{

for（n=1;n

if（a[n].no!

=0&&a[n].f<=a[i].b）{

a[i].no=a[n].no;

a[n].no=0;//已经安排过的活动就不再比较break;

}

}

if（n==i）

{

sum+=1;a[i].no=sum;

}

}

cout<<"输出最少会场数:

\n"<

system（"pause"）;

}

6、最优分解问题：

设n是一个正整数。

现要求将n分解为若干个互不相同的自然数的和，使得这些自然数的乘积最大。

设计一个算法，得到最优分解方案。

分析：

我们知道如果a+b=常数，则|a-b|越小，a*b越大。

贪心策略：

将n分成从2开始的连续自然数的和。

如果最后剩下一个数，将此数在后项优先的方式下均匀地分给前面各项。

答：

voiddicomp（intn,int[]a）

{

intk=1;

if（n<3）{a[1]=0;return;}

if（n<5）{a[k]=1;a[++k]=n-1;return;}

a[1]=2;

n-=2;

while（n>a[k]）{

k++;

a[k]=a[k-1]+1;

n-=a[k];

}

if（n==a[k]）{

a[k]++;n--;

}

for（inti=0;i

}

7、子集和问题：

设

是n个正整数的集合，c是一个正整数。

那么是否存在S的一个子集S1，使得子集中元素之和等于c，即

。

答：

#include

intn,c;inta[100];

intcurrent[100];//存放当前选择的情况

intbest[100];//存放最后选择的子集合，best[i]=1，表示包含，反之即不包含。

intd=1;//判断有无满足的情况

intd2=0;//是否已经选出子集和

voidBack（intm,intcount）;

intmain（）{

inti,j;

scanf（"%d%d",&n,&c）;

for（i=0;i

scanf（"%d",&a[i]）;current[i]=best[i]=0;

}

Back（0,0）;

if（d）printf（"nosolution\n"）;

for（j=0;j

{

if（best[j]==1）printf（"%d\t\t",a[j]）;

}

}

voidBack（intm,intcount）{

intk;if（m>n）return;

if（count==c）{

d=0;//有满足的子集和

if（d2）return0;

for（k=0;k<=m;k++）best[k]=current[k];

d2=1;return0;

}else{

current[m]=1;//选入子集和

count+=a[m];

Back（m+1,count）;

current[m]=0;//不选入子集和

count=count-a[m];Back（m+1,count）;

}

}

8、设序列

是序列

和

的最长公共子序列。

a）请说明最长公共子序列具有最优子结构性质。

b）设c[i][j]记录序列

i和

的最长公共子序列的长度。

由最长公共子序列问题的最优子结构性质建立子问题最优值c[i][j]的递归关系。

c）写出寻找最长公共子序列的算法。

答：

最长公共子序列问题具有最优子结构性质：

1、若xm=yn，则zk=xm=yn，且Z[k-1]是X[m-1]和Y[n-1]的最长公共子序列

2、若xm!

=yn，且zk!

=xm,则Z是X[m-1]和Y的最长公共子序列

3、若xm!

=yn,且zk!

=yn,则Z是Y[n-1]和X的最长公共子序列由性质导出子问题的递归结构：

当i=0,j=0时,c[i][j]=0

当i,j>0xi=yi时,c[i][j]=c[i-1][j-1]+1

当i,j>0xi!

=yi时,c[i][j]=max{c[i][j-1],c[i-1][j]}

publicclassLSC{

privateint[][]c,b;

privateintm,n;

privatechar[]A,B;

publicLSC（char[]A,char[]B）{

this.A=A;

this.B=B;

m=A.length;

n=B.length;

c=newint[m+1][n+1];

b=newint[m+1][n+1];

for（inti=0;i

c[0][i]=0;

}

for（intj=0;j

c[j][0]=0;

}

}

publicLSC（）{}

publicintLSCLength（）{

for（inti=1;i

for（intj=1;j

**如果A[i-1]和Ｂ[j-1]是相等的话*/

if（A[i-1]==B[j-1]）{

c[i][j]=c[i-1][j-1]+1;

b[i][j]='0';

}

/**情况１*/

elseif（c[i-1][j]>=c[i][j-1]）{

c[i][j]=c[i-1][j];b[i][j]='1';

}

/**情况２*/

else{

c[i][j]=c[i][j-1];b[i][j]='2';

}

}

}

returnc[m][n];

}

publicvoidprint（inti,intj）{

if（i<=0||j<=0）{return;}

elseif（b[i][j]=='0'）{

print（i-1,j-1）;

System.out.print（A[i-1]）;

}elseif（b[i][j]=='1'）{

print（i-1,j）;

}else{

print（i,j-1）;

}

}

publicintLSCLength2（inti,intj）{

if（i<0||j<0）{return0;}

else{

if（A[i]==B[j]）{

return1+LSCLength2（i-1,j-1）;

}

else{

inta1=LSCLength2（i,j-1）;

inta2=LSCLength2（i-1,j）;

returna1>a2?

a1:

a2;

}

}

}

publicstaticvoidmain（String[]args）{

char[]A={'g','f','d','a','s','d','a','c'};

char[]　B={'g','c','f','a','t','0','c','c'};LSClsc=newLSC（A,B）;System.out.println（lsc.LSCLength2（7,7））;

}

}

9、记矩阵连乘积

。

确定计算A[1:

n]的最优计算次序，使得所需数乘的次数最少。

1、说明矩阵连乘计算次序问题的最优解包含着其子问题的最优解，即最优子结构性质。

2、该问题具备子问题的重叠性质。

3、说明采用动态规划方法可以解决该问题。

4、设计该算法，分析算法的复杂性。

答：

计算A[i:

j]的最优次序所包含的计算矩阵子链A[i:

k]和A[k+1:

j]的次序也是最优的。

设计算A[i:

j]，1≤i≤j≤n，所需要的最少数乘次数m[i,j]，则原问题的最优值为m[1,n]当i=j时，A[i:

j]=Ai，无需计算，因此，m[i,j]=0，i=1,2,…,n

当i

j]的最优次序在Ak和Ak＋1之间断开，则

ｍ［ｉ，ｊ］＝ｍ［ｉ，ｋ］＋ｍ［ｋ＋１，ｊ］＋ｐi-1ｐkｐj

其中Ai的维数为pi-1×pjk的位置只有j-i种可能,{i,i+1,…,j-1}，其中使计算量最小的那个位置为最优解，数乘次数m[i,j]最小值为问题的最优值可以递归地定义m[i,j]为：

ｍ［ｉ，ｊ］={min｛ｍ[i，k]+0ｍ[k+1,j]+ｐi-1ｐkｐj｝i=ji

将最优值m[ij]对应的断开位置记为s[ij]，则可递归的由s[ij]构造出相应的最优解对于1≤i≤j≤n不同的有序对（i,j）对应于不同的子问题。

因此，不同子问题的个数最多只有

由此可见，在递归计算时，许多子问题被重复计算多次。

这也是该问题可用动态规划算法求解的又一显著特征。

用动态规划算法解此问题，可依据其递归式以自底向上的方式进行计算。

在计算过程中，保存已解决的子问题答案。

每个子问题只计算一次，而在后面需要时只要简单查一下，从而避免大量的重复计算最终得到多项式时间的算法matrixChain已经记录了构造最优解所需的全部信息。

从s[1][n]可知，计算A[1:

n]的最优加括号方式为（A[1:

s[1][n]]）（A[s[1][n]+1:

n]）计算A[1:

s[1][n]]的最优加括号方式为（A[1:

s[1][s[1][n]]]）（A[s[1][s[1][n]]+1:

s[1][n]]）

10、考虑分数背包问题，定义如下：

给出n个大小为s1,s2,…,sn,价值为v1,v2,…,vn的物品，并设背包容量为C,要找到非负实数x1,x2,…,xn,使和

在约束

下最大。

写出求解问题的贪心算法，估计算法的时间复杂性。

答：

从问题的某一初始解出发；while能朝给定总目标前进一步do求出可行解的一个解元素；由所有解元素组合成问题的一个可行解；从问题的某一个初始解出发逐步逼近给定的目标，以尽可能快的地求得更好的解。

当达到某算法中的某一步不能再继续前进时，算法停止。

#include#definetotal10floatp[total],w[total],t[total];voidgreedy_knaPsack（intx,intc）{intnote,i;floatmax;while

（1）{note=0;max=0;for（i=0;i

",total）;while

（1）

{scanf（"%d%f",&n,&cu）;if（n

"）;}printf（"请输入每个物品的价值与重量：

\n"）;for（i=0;i

\n"）;for（i=0;i

算法中用到三个for循环，故计算时间复杂度：

O（n）=n+n+n=3n即此算法的时间复杂度为：

O（n）=n