2019-2020年高中信息技术 全国青少年奥林匹克联赛教案 贪心法.doc

2019-2020年高中信息技术 全国青少年奥林匹克联赛教案 贪心法在求最优解问题的过程中，依据某种贪心标准，从问题的初始状态出发，直接去求每一步的最优解，通过若干次的贪心选择，最终得出整个问题的最优解，这种求解方法就是贪心算法。从贪心算法的定义可以看出，贪心法并不是从整体上考虑问题，它所做出的选择只是在某种意义上的局部最优解，而由问题自身的特性决定了该题运用贪心算法可以得到最优解。我们看看下面的例子贪心法应用例1 均分纸牌（NOIPxxtg）问题描述有 N 堆纸牌，编号分别为 1，2，, N。每堆上有若干张，但纸牌总数必为 N 的倍数。可以在任一堆上取若干张纸牌，然后移动。移牌规则为：在编号为 1 堆上取的纸牌，只能移到编号为 2 的堆上；在编号为 N 的堆上取的纸牌，只能移到编号为 N-1 的堆上；其他堆上取的纸牌，可以移到相邻左边或右边的堆上。现在要求找出一种移动方法，用最少的移动次数使每堆上纸牌数都一样多。例如 N=4，4 堆纸牌数分别为：98176移动3次可达到目的：从 取 4 张牌放到 （9 8 13 10） - 从 取 3 张牌放到 （9 11 10 10）- 从 取 1 张牌放到（10 10 10 10）。输 入：键盘输入文件名。文件格式：N（N 堆纸牌，1 = N = 100）A1 A2 An （N 堆纸牌，每堆纸牌初始数，l= Ai =10000）输 出：输出至屏幕。格式为：所有堆均达到相等时的最少移动次数。输入输出样例a.in：49 8 17 6屏慕显示：3算法分析：设ai为第i堆纸牌的张数（0=i=n），v为均分后每堆纸牌的张数，s为最小移到次数。我们用贪心法，按照从左到右的顺序移动纸牌。如第i堆(0iv，则将ai-v张纸牌从第I堆移动到第I+1堆；（2） 若aiv，则将v -ai张纸牌从第I+1堆移动到第I堆；为了设计的方便，我们把这两种情况统一看作是将aI-v张牌从第I堆移动到第I+1堆；移动后有：aI:=v；aI+1:=aI+1+aI-v；在从第i+1堆中取出纸牌补充第i堆的过程中，可能会出现第i+1堆的纸牌数小于零(ai+1+ai-v0 )的情况。如n=3，三堆纸牌数为（1，2，27）这时v=10，为了使第一堆数为10，要从第二堆移9张纸牌到第一堆，而第二堆只有2张纸牌可移，这是不是意味着刚才使用的贪心法是错误的呢？我们继续按规则分析移牌过程，从第二堆移出9张到第一堆后，第一堆有10张纸牌，第二堆剩下-7张纸牌，再从第三堆移动17张到第二堆，刚好三堆纸牌数都是10，最后结果是对的，从第二堆移出的牌都可以从第三堆得到。我们在移动过程中，只是改变了移动的顺序，而移动的次数不变，因此此题使用贪心法是可行的。 源程序：var i,n,s:integer;v:longint; a:array1.100of longint; f:text;fil:string;begin readln(fil);assign(f,fil);reset(f); readln(f,n);v:=0; for i:=1 to n do begin read(f,ai); inc(v,ai); end; v:=v div n; 每堆牌的平均数 for i:=1 to n-1 do if aiv then 贪心选择begin inc(s);移牌步数计数 ai+1:=ai+1+ai-v;使第i堆牌数为v end;then writeln(s);end.利用贪心算法解题，需要解决两个问题：一是问题是否适合用贪心法求解。我们看一个找币的例子,如果一个货币系统有3种币值,面值分别为一角、五分和一分，求最小找币数时，可以用贪心法求解；如果将这三种币值改为一角一分、五分和一分，就不能使用贪心法求解。用贪心法解题很方便，但它的适用范围很小，判断一个问题是否适合用贪心法求解，目前还没有一个通用的方法，在信息学竞赛中，需要凭个人的经验来判断何时该使用贪心算法。二是确定了可以用贪心算法之后，如何选择一个贪心标准，才能保证得到问题的最优解。在选择贪心标准时，我们要对所选的贪心标准进行验证才能使用，不要被表面上看似正确的贪心标准所迷惑，如下面的列子。例2 （NOIPxxtg）设有n个正整数，将他们连接成一排，组成一个最大的多位整数。例如:n=3时，3个整数13,312,343,连成的最大整数为:34331213又如:n=4时,4个整数7,13,4,246连接成的最大整数为7424613输入：N N个数输出:连接成的多位数算法分析：此题很容易想到使用贪心法，在考试时有很多同学把整数按从大到小的顺序连接起来，测试题目的例子也都符合，但最后测试的结果却不全对。按这种贪心标准，我们很容易找到反例：12，121 应该组成12121而非12112,那么是不是相互包含的时候就从小到大呢？也不一定，如：12，123 就是12312而非12112,这样情况就有很多种了。是不是此题不能用贪心法呢？其实此题是可以用贪心法来求解，只是刚才的贪心标准不对，正确的贪心标准是：先把整数化成字符串，然后再比较a+b和b+a，如果a+bb+a，就把a排在b的前面，反之则把a排在b的后面。源程序：var s:array1.20 of string; t:string;i,j,k,n:longint;begin readln(n); for i:=1 to n do begin read(k); str(k,si); end; for i:=1 to n-1 do for j:=i+1 to n do if si+sjsj+si then begin交换 t:=si; si:=sj; sj:=t; end; for i:=1 to n do write(si);end.贪心算法所作的选择可以依赖于以往所作过的选择，但决不依赖于将来的选择，也不依赖于子问题的解，因此贪心算法与其它算法相比具有一定的速度优势。如果一个问题可以同时用几种方法解决，贪心算法应该是最好的选择之一。