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谈贪心算法

谈谈贪心算法

例1.背包问题

【题目描述】

这是一大家很熟悉的背包问题。

给定n种货物和一个载重量为m的背包。

已知第i种货物的重量为wi,其总价值为pi,编程确定一个装货方案,使得装入背包中货物的总价值最大。

输出此总价值和装货方案。

【算法分析】

0,1背包问题对每种物品只有两种选择:

选和不选,可用动态规划解决。

而背包问题,可以选择物品的一部分装载,这样就可以把背包装满,用贪心算法可求得最优解。

采用贪心标准是:

选择单位重量价值高的货物优先装入,这样才能保证背包中所装货物总价值最大。

而0,1背包用贪心算法却不能得到整体最优,为什么呢?

我们来看一个例子:

有一背包容量为50千克,有三种货物:

物品1重10千克;价值60元;

物品2重20千克,价值100元;

物品3重30千克;价值120元。

20

20

10

总价值:

(用贪心算法)

80+100+60=240

对于0,1背包问题,贪心选择之所以不能得到最

优解是因为它无法保证最终将背包装满,部分背包的闲置使单位重量背包空间的价值降低

例2.排队问题

【题目描述】

在一个医院B超室,有n个人要做不同身体部位的B超,已知每个人需要处理的时间为ti,(0

输入数据:

第1行一个正整数n(你<=10000》,第2行有n

个不超过1000的正整数ti.

输出要求:

n个人排队时间最小总和。

输入输出样例

输入:

4

51087

输出:

67

【算法分析】

本题贪心算法:

n个人时间从小到大排序,就是这n个人最佳排队方案。

求部分和的和即为所求。

反证法证明:

假设有最优解序列:

s1,s2⋯sn,如s1不是最小的Tmin,不妨设sk=Tmin,将s1与sk对调,显然,对sk之后的人无影响,对sk之前的人等待都减少了,(s1-sk)>0,从而新的序列比原最优序列好,这与假设矛盾,故s1为最小时间,同理可证s2⋯sn依次最小。

例3.:

数列极差问题

【题目描述】

在黑板上写了N个正整数做成的一个数列,进行如下操作:

每一次擦去其中的两个数a和b,然后在数列中加入一个数a×b+1,如此下去直至黑板上剩下一个数,在所有按这种操作方式最后得到的数中,最大的max,最小的为min,则该数列的极差定义为M=max-min。

编程任务:

对于给定的数列,编程计算出极差M。

输入输出样例:

输入:

4

2143

输出:

13

【算法分析】

当看到此题时,我们会发现求max与求min是两个相似的过程。

若我们把求解max与min的过程分开,着重探讨求max的问题。

下面我们以求max为例来讨论此题用贪心策略求解的合理性。

讨论:

假设经(N-3)次变换后得到3个数:

a,b,max'(max'≥a≥b),其中max'是(N-2)个数经(N-3)次f变换后所得的最大值,此时有两种求值方式,设其所求值分别为z1,z2,则有:

z1=(a×b+1)×max'+1,z2=(a×max'+1)×b+1所以z1-z2=max'-b≥0若经(N-2)次变换后所得的3个数为:

m,a,b(m≥a≥b)且m不为(N-2)次变换

后的最大值,即m

z3=(a×b+1)×m+1此时z1-z3=(1+ab)(max'-m)>0所以此时不为最优解。

所以若使第k(1≤k≤N-1)次变换后所得值最大,必使(k-1)次变换后所得值最大(符合贪心策略的特点2),在进

行第k次变换时,只需取在进行(k-1)次变换后所得数列中的两最小数p,q施加f操作:

p←p×q+1,q←∞即可(符合贪心策略特点1),因此此题可用贪心策略求解。

在求min时,我们只需在每次变换的数列中找到两个最大数p,q施加作用f:

p←p×q+1,q←-∞即可.原理同上。

这是一道两次运用贪心策略解决的一道问题,它要求选手有较高的数学推理能力。

例4.整数区间range.cpp

【题目描述】

我们定义一个整数区间[a,b],a,b是一个从a开始至b结束的连续整数的集合。

编一个程序,对给定的n个区间,找出满足下述条件的所含元素个数最少的集合中元素的个数:

对于所给定的每一个区间,都至少有两个不同的整数属于该集合。

(1<=n<=10000,0<=a<=b<=1000)

输入输出格式:

输入:

第一行一个正整数n,接下来有n行,每行给定一个区

间的a,b值

输出:

一个正整数,即满足条件的集合所包含的最少元素个数输入输出样例

输入:

输出:

44

36

24

02

47

【算法分析】本题数据规模较大,用搜索做会超时,而动态规划无从下手。

考虑贪心算法。

题目意思是要找一个集合,该集合中的数的个数既要少又要和所给定的所有区间有交集。

(每个区间至少有两个该集合中的数)。

我们可以从所给的区间中选数,为了选尽量少的数,应该使所选的数和更多的区间有交集这就是贪心的标准。

一开始将所有区间按照右端点从小到大排序。

从第一个区间开始逐个向后检查,看所选出的数与所查看的区间有无交集,有两个则跳过,只有一个数相交,就从当前区间中选出最大的一个数(即右端点),若无交集,则从当前区间选出两个数,就(右端点,右端点-1),直

至最后一个区间。

#include//整数区间问题

usingnamespacestd;

structprince{

intleft,right;//区间左右端点}a[10000];

intn;

intresult;//存放结果中的数

intcmp(constvoid*a,constvoid*b){

return(*(prince*)a).right-(*(prince*)b).right;

}

intwork(){

qsort(a+1,n,sizeof(a[0]),cmp);//按区间右端点由小到大排序inti,j,k;

inta1,a2;

a1=a[1].right-1;a2=a[1].right;result=2;

for(i=2;i<=n;i++)

{if(a[i].left<=a1&&a[i].right>=a2)continue;//完全包含

if(a[i].left>a2)//完全不包含{a1=a[i].right-1;a2=a[i].right;result=result+2;}

if(a[i].left>a1&&a[i].right>a2&&a[i].left<=a2){a1=a2;a2=a[i].right;result++;}//只包含一个

}

returnresult;

intmain(){

freopen("range6.in","r",stdin);freopen("range6.out","w",stdout);cin>>n;

inti;

for(i=1;i<=n;i++)

cin>>a[i].left>>a[i].right;

cout<

return0;

}

例5.骆驼商队CamelTrading

【题目描述】

在一片古老的大地上,虽然商业已经非常繁荣,但是那里的人们仍然延续着古老的交易方式。

他们牵着骆驼在城市之间往来奔波,贩运成批的商品,换来一袋袋的金币。

这片大陆上有N个城市,编号为1⋯⋯N。

在一些城市之间有路可通,有路就有商队。

但是在不同的城市之间经商所得的收益不同,在下面的这个N=4的例子中,在城市1和城市2之间进行一次交易可以获得40枚金币,在城市2和3之间交易一次可以获得50枚金币,等等。

在任意两个城市之间,这样的交易只能进行一次。

因为你第二次贩运你的商品时,人们对它们就不会感兴趣了。

现在你只身来到这个大陆上,用有限的资金在每个城市中购买了一支商队。

你需要想办法让你的这N支商队给你带来最大的经济收益。

任务说明

给出这个大陆的地图和每两个城市之间的贸易值(如果这两个城市之间有路可通的话),你需要指挥你的N支商队进行一次经商,使得这N支商队在这次经商中获得的总收益最大。

注意:

你的每支商队只能进行一次交易,即它们只能从它们所在的城市到达一个相邻的城市。

当然,它们也可以不进行任何交易。

输入数据

输入文件的第一行有两个整数N(1N100)、M(M0),分别表示这个大陆上的城市数和道路数。

接下来有M行,每行包括三个整数i、j(1i,jN且ij)、v(1V10000),表示一条道路的信息。

其中i和j表示这条路在城市i和城市j之间,v表示沿着这条路进行一次交易所得的收益。

i和j的顺序是无关的,并且任意两个城市之间最多存在一条路。

输出数据

你的输出文件应该2行,第1行包含N个整数。

其中第k个整数表示你在城市k中的商队将要前往哪个城市进行交易(如果这支商队进行交易的话)或者为0(如果这支商队不进行任何交易)。

第2行输出最大收益值。

输入输出样例

input.in

output.out

样例图示

45

2312

1240

150

1330

2350

2430

3420

最大收益=40+50+30+30

算法分析】

本题转化成模型就是:

在一个无向图中,对于每个点,取一条和它相关联的边(如果这样的边存在的话),使得取出来的所有边的权和最大。

首先,如果这个图是不连通的,那么它的各个连通分量之间是没有任何联系的。

对这些连通分量中的问题可以分别独立地解决,合并起来就是整个问题的解。

所以我们在下面的讨论中假定图是连通的

直观地考虑,如果图中存在度为1的点,那么就把这一点上的唯一的一条边分配给这个点(将某条边“分配”给某个点的含义是:

将这条边作为和这一点相关联的边取出来,同时这一点就失效了,因为和它相关联的其他边都不能再取了)。

如果不存在这样的点,那么此时有两种情况:

一种是边数等于点数,那么这个图就是一个环,这时可以取出图中所有的边;一种是边数大于点数,那么就可以把这个图中权最小的一条边直接删去,因为这条边“显然”不会被取到的。

依据这样一个直观思想,本题可以用贪心法来解决。

贪心算法(用于连通图):

1、如果图中只有一个点,直接结束算法。

2、如果图中存在度为1的点,执行3;否则转4。

3、任意找一个度为1的点v,将v上的唯一一条边分配给它。

转2。

4、如果图中的边数等于点数,执行5;否则转6。

5、设图中的点数(也就是边数)为n。

任取一条边e1,将它分配给它的两个端点中的任意一个v1;然后将v1上的另一条边e2分配给e2的另一个端点v2;将v2上的另一条边e3分配给e3的另一个端点v3;⋯⋯如此重复直到将en分配给vn,即图中所有的边都已分配,结束算法。

6、将图中权最小的边不分配而直接删去。

如果此时图仍然连通,则转2;否则对这个图的两个连通分量分别执行本算法。

例6.数字游戏

【题目描述】

小W发明了一个游戏,他在黑板上写出一行数字a1,a2,⋯

an,然后给你m个回合的机会,每个回合你可以从中选一个数擦除它,接着剩下来的每个数字ai都要递减一个值bi。

如此重复m个回合,所有你擦除的数字之和就是你得到的分数。

编程帮小W算算,对于每个给出的an和bn序列,可以得到的最大得分是多少?

数据输入:

由文件game.in提供输入数据。

文件的第1行一个整数n(1≤n≤200),表示数字的个数;第二行一个整数m(1≤m≤n),表示

回合数;接下来一行有n个不超过10000的正整数,a1,a2,⋯an,表示原始数字;最后一行有n个不超过500的正整数,b1,b2,⋯bn,表示每回合每个数字递减的值。

结果输出:

程序运行结束时,将计算结果输出到文件game.out中。

一个整数,表示最大可能的得分。

输入文件示例

输入:

102030

456

输出:

47

【算法分析】

本题上面一排数是作为被减数的,若对被减数采用贪心算法不一定能得到全局最优解。

因为被减数小减数大,其差小会导致最大得分少。

先运用贪心的思想对第二排减数进行从大到小排序,再运用动态规划思想递推求解。

#include//数字游戏

usingnamespacestd;

structXX

{inta,b;

}a[201];

intn,m,f[2][201],i,j;

intcomp(constvoid*a,constvoid*b)

{

return(*(XX*)b).b-(*(XX*)a).b;

}

intmain()

{freopen("game10.in","r",stdin);

freopen("game.out","w",stdout);

memset(f,0,sizeof(f));

cin>>n>>m;

for(i=1;i<=n;i++)cin>>a[i].a>>a[i].b;qsort(a+1,n,sizeof(a[0]),comp);

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=min(i,m);j++)

f[i%2][j]=max(f[(i-1)%2][j],f[(i-1)%2][j-1]+a[i].a-\a[i].b*(j-1));

cout<

return0;

}

例7.开会问题

某公司的会议日益增多,以至于全公司唯一的会议室都不够用了。

现在给出这段时期的会议时间表,要求你失单适当删除一些会议,使得剩余的会议在时间上互不冲突,要求删除的会议最少。

输入格式:

第1行n,表示有n个会议。

接下来有n行,每行两个数,si,fi表示会议i的起止时间。

输出格式:

仅1行,删除的最少会议数d.

N<=500,si,fi为整型数

注意:

会议(1,3)和会议(3,5)是不冲突的,但和会议(2,5)是冲突的。

算法分析】

题目要求删除最少的会议,使得剩余的会议在时间上不互相冲突,这实际上是要求安排最多的在时间上不冲突的会议。

由于我们的目标是尽可能多地安排会议,而不管安排了那些会议,所以可采用以下贪心方法:

首先将所有会议按结束时间从小到大排序,每次总是安排结束时间早的会议,这样不仅安排了一个会议,同时又为剩余的会议留下尽可能的时间。

例8.智力大冲浪

【题目描述】

小伟报名参加电视台的智力大冲浪节目。

本次挑战赛吸引了众多参赛者,主持人为了表彰大家的勇气,先奖励每个参赛者m元。

接下来主持人宣布比赛规则:

首先,比赛时间分为n个时段(n<=500),它又给出了很多小游戏,每个小游戏都必须在规定期限ti前完成(i<=ti<=n)。

如果一个游戏不能在规定期限完成,则要从奖励费m元中扣去一部分钱wi,wi为自然数,不同的游戏扣去的钱数不同。

当然每个游戏本身都很简单,保证每个参赛者都能在一个时段内完成,而且都必须从整数段开始。

主持人只是想考考每个参赛者如何安排组织自己做游戏的顺序。

问小伟最多能得到多少钱?

输入:

第1行为m,表示一开始奖励给每个参赛者的钱数

第2行为n表示有n个小游戏。

第3行有n个数,分别表示n个游戏规定完成的期限第4行有n个数,分别表示n个游戏不能在规定期限完成的扣款数

输出:

仅一个数,表示小伟能赢得最多的钱数。

样例:

输入:

10000

7

4243146

70605040302010

输出:

9950

【算法分析】因为不同的小游戏不能准时完成时具有不同的扣款权数,而且是最优解问题,所以本题很容易就想到了贪心法。

贪心的主要思想是要让扣款数值大的尽量准时完成。

这样我们就先把这些任务按照扣款的数目进行排序,把大的排在前面,先进行放置。

假如罚款最多的一个任务的完成期限是k,我们应该把它安排在哪个时段完成呢?

应该放在第k个时段,因为放在1~k任意一个位置,效果都是一样的。

一旦出现一个不可能在规定时限前完成的任务,则把其扔到最大的一个空时间段,这样必然是最优的,因为不能完成的任务,在任意一个时间段中罚款数目都是一样的.

本题也可以有另外一种贪心算法,即先把所有的数据按照结束时间的先后排序,然后从前向后扫描。

当扫描到第n个时段,发现里面所分配任务的结束时间等于n-1,那么就说明在前面这些任务中必须舍弃一个,于是再扫描第1~n这n个时段,挑出一个最小的去掉并累加扣款值,然后再去调整排列顺序,让后面的元素填补前面的空缺,

例9.合并果子(fruit.pas)。

【题目描述】

在一个果园里,多多已经将所有的果子打了下来,而且按果子的不同种类分成了不同的堆。

多多决定把所有的果子合成一堆。

每一次合并,多多可以把两堆果子合并到一起,消耗的体力等于两堆果子的重量之和。

可以看出,所有的果子经过n-1次合并之后,就只剩下一堆了。

多多在合并果子时总共消耗的体力等于每次合并所耗体力之和。

因为还要花大力气把这些果子搬回家,所以多多在合并果子时要尽可能地节省体力。

假定每个果子重量都为1,并且已知果子的种类数和每种果子的数目,你的任务是设计出合并的次序方案,使多多耗费的体力最少,并输出这个最小的体力耗费值。

例如,有3种果子,数目依次为1、2、9。

可以先将1、2堆合并,新堆数目为3,耗费体力为3。

接着,将新堆与原先的第三堆合并,

又得到新的堆,数目为12,耗费体力为12。

所以多多总共耗费体力15=3+12。

可以证明15为最小的体力耗费值。

【输入】

输入文件fruit.in包括两行。

第一行是一个整数n(1≤n≤10000),表示果子的种类数。

第二行包含n个整数,用空格分隔,第i个整数ai(1≤ai≤20000)是第i种果子的数目。

【输出】

输出文件fruit.out包括一行,这一行只包含一个整数,也就是最小的体力耗费值。

输入数据保证这个值小于231。

【样例输入】

3

129

【样例输出】

15

【数据规模】

对于30%的数据,保证有n≤1000;

对于50%的数据,保证有n≤5000;对于全部的数据,保证有n≤10000。

【算法分析】

此题用贪心法。

先将果子数排序,取其中最小的两堆合并,得到一个新堆;再排序,再取其中最小的两堆合并⋯⋯直到只剩一堆。

为尽快出解,排序的速度显得格外重要,可用堆排序算法。

例10.建筑抢修(repair.pas)。

【题目描述】

小刚在玩JSOI提供的一个称之为“建筑抢修”的电脑游戏。

经过了一场激烈的战斗,T部落消灭了所有Z部落的入侵者。

但是T部落的基地里已经有N个建筑设施受到了严重的损伤,如果不尽快修复的话,这些建筑设施将会完全毁坏。

现在的情况是:

T部落基地里只有一个修理工人。

虽然他能瞬间到达任何一个建筑,但是修复每个建筑都需要一定的时间。

同时,修理工人修理完一个建筑才能修理下一个建筑,不能同时修理多个建筑。

如果某个建筑在一段时间之内没有完全修理完毕,这个建筑就报废了。

你的任务是帮小刚合理制定一个修理顺序,以抢修尽可能多的建筑。

【输入】输入文件第一行是一个整数N,N行每行两个整数T1、T2描述一个建筑:

修理这个建筑需要T1秒,如果在T2秒之内还没有修理完成,这个建筑就报废了。

【输出】

输出文件只有一行,是一个整数S,表示最多可以抢修S个建筑。

N<150000;T1

样例输入】

4

100200

2001300

10001250

20003200

【样例输出】

3

【算法分析】

贪心O(NLogN)+高级数据结构。

很容易想到动态规划。

按截止时间排序,维护队列q,如果能插入就插入,如不能插入,就把一个花费时间最大的替换下来

贪心算法和贪心思想看似简单,真正完全掌握要下一番功夫。

和任何优秀算法一样,贪心算法也有它的局限性,用不对会丢很多解,用得好,在编程中能起到事半功倍的效果。

有不对之处请指正,谢谢大家!

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