计算机算法设计与分析课程设计Word文件下载.docx
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任务:
按照算法设计方法与原理,设计算法,编写程序并分析结果,完成如下内容:
1、运用分治算法求解排序问题。
2、运用回溯算法求解N后问题。
工作计划与进度安排:
第12周:
查阅资料。
掌握算法设计思想,进行算法设计。
第13周:
算法实现,调试程序并进行结果分析。
撰写课程设计报告,验收与答辩。
指导教师:
201年月日
专业负责人:
201年月日
学院教学副院长:
摘要
算法分析就是对一个算法需要多少计算时间与存储空间作定量的分析。
算法(Algorithm)就是解题的步骤,可以把算法定义成解一确定类问题的任意一种特殊的方法。
在计算机科学中,算法要用计算机算法语言描述,算法代表用计算机解一类问题的精确、有效的方法。
分治法字面上的解释就是“分而治之”,就就是把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小的子问题……直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并。
在一个2^k*2^k的棋盘上,恰有一个放歌与其她方格不同,且称该棋盘为特殊棋盘。
回溯法的基本做法就是深度优先搜索,就是一种组织得井井有条的、能避免不必要重复搜索的穷举式搜索算法。
数字拆分问题就是指将一个整数划分为多个整数之与的问题。
利用回溯法可以很好地解决数字拆分问题。
将数字拆分然后回溯,从未解决问题。
关键词:
分治法,回溯法,棋盘覆盖,数字拆分
1分治法解决期盼覆问题
1、1问题描述
在一个2k×
2k(k≥0)个方格组成的棋盘中,恰有一个方格与其她方格不同,称该方格为特殊方格。
显然,特殊方格在棋盘中出现的位置有4k中情形,因而有4k中不同的棋盘,图(a)所示就是k=2时16种棋盘中的一个。
棋盘覆盖问题要求用图(b)所示的4中不同形状的L型骨牌覆盖给定棋盘上除特殊方格以外的所有方格,且热河亮哥L型骨牌不得重复覆盖
1、2问题分析
用分治策略,可以设计解决棋盘问题的一个简介算法。
当k>
0时,可以将2^k
*2^k棋盘分割为4个2^k-1
*
2^k-1子棋盘。
由棋盘覆盖问题得知,特殊方格必位于4个较小的子棋盘中,其余3个子棋盘中无特殊方格。
为了将3个无特殊方格的子棋盘转化为特殊棋盘可以将一个L型骨牌覆盖这3个较小棋盘的会合处,所以,这3个子棋盘上被L型覆盖的方格就成为给棋盘上的特殊方格,从而将原问题转化为4个较小规模的棋盘覆盖问题。
递归的使用这种分割,直至棋盘简化为1*1棋盘为止。
。
1、3算法设计
将2^kx2^k的棋盘,先分成相等的四块子棋盘,其中特殊方格位于四个中的一个,构造剩下没特殊方格三个子棋盘,将她们中的也假一个方格设为特殊方格。
如果就是:
左上的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘右下角的那个方格假设为特殊方格
右上的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘左下角的那个方格假设为特殊方格
左下的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘右上角的那个方格假设为特殊方格
右下的子棋盘(若不存在特殊方格)----则将该子棋盘左上角的那个方格假设为特殊方格
当然上面四种,只可能且必定只有三个成立,那三个假设的特殊方格刚好构成一个L型骨架,我们可以给它们作上相同的标记。
这样四个子棋盘就分别都与原来的大棋盘类似,我们就可以用递归算法解决。
1、4算法实现
#include<
iostream、h>
inttile=1;
intboard[100][100];
voidchessBoard(inttr,inttc,intdr,intdc,intsize)
{
if(size==1)
return;
intt=tile++;
ints=size/2;
if(dr<
tr+s&
&
dc<
tc+s)
chessBoard(tr,tc,dr,dc,s);
else
{
board[tr+s-1][tc+s-1]=t;
chessBoard(tr,tc,tr+s-1,tc+s-1,s);
}
dc>
=tc+s)
chessBoard(tr,tc+s,dr,dc,s);
board[tr+s-1][tc+s]=t;
chessBoard(tr,tc+s,tr+s-1,tc+s,s);
if(dr>
=tr+s&
chessBoard(tr+s,tc,dr,dc,s);
board[tr+s][tc+s-1]=t;
chessBoard(tr+s,tc,tr+s,tc+s-1,s);
chessBoard(tr+s,tc+s,dr,dc,s);
board[tr+s][tc+s]=t;
chessBoard(tr+s,tc+s,tr+s,tc+s,s);
}
intmain()
intsize;
cout<
<
"
输入棋盘的size(大小必须就是2的n次幂):
"
;
cin>
>
size;
intindex_x,index_y;
输入特殊方格位置的坐标:
index_x>
index_y;
chessBoard(0,0,index_x,index_y,size);
for(inti=0;
i<
i++)
for(intj=0;
j<
j++)
cout<
board[i][j]<
\t"
cout<
endl;
}
1、5结果分析
1、6算法分析
设T(n)就是算法ChessBoard覆盖一个2^k
2^k棋盘所需要的时间,则从算法
的分治策略可知,T(k)满足如下递归方程T(k)
=
{
O
(1)
k=0
4T(k-1)+O
(1)
k>
解得此递归方程可得T(k)
O(4^k)。
由于覆盖一个2^k
*2^k棋盘所需的L型
牌个数为(4^k
—
1)/3,故算法ChessBoard就是一个在渐进意义下最优的算法、
2回溯法解决数字拆分问题
2、1问题描述
整数的分划问题。
如,对于正整数n=6,可以分划为:
6
5+1
4+2,
4+1+1
3+3,
3+2+1,
3+1+1+1
2+2+2,
2+2+1+1,
2+1+1+1+1
1+1+1+1+1+1+1
用户从键盘输入
n
(范围1~10)
2、2问题分析
很明显这就是一道关于数的组合的问题,但形成组合的数就是有一定的限制的。
仔细分析一下题目,我们可以得到以下的结论:
(1)每一组数之与必须等于n;
(2)每一组数的个数就是不固定的;
(3)等式中后一个数的大小必定大于或等于前一个数,因为这样做的目的有两个:
一就是能够避免等式的重复,例如
n=2
2=1+1
n=3
3=1+2
3=1+1+1
3=2+1
(
可以瞧出为与
1+2
就是同一种拆分,因此该式子不能算
)
另一个目的就是可以减少不必要的搜索,提高程序效率。
我们可以将待拆分的数对应路径图中的路口,将可拆分的数对应分叉的编号,这样对于
每个路口而言,它所拥有的分叉号就是变化的,规律就是:
分叉的起始值取决于前一次所取数,
分叉的终止值取决于该路口数的中值。
2、3算法设计
在进行算法设计时我们必须要注意两点:
一就是本问题需要解决如何记录某一路径中可取数的问题,为了解决这一问题,本程序加入了一个新的数组b,用来记录每一步所取的数。
二就是当某一条路走完以后,我们必须回到某一个路口,而路口的值始终保持原来的数,
因此在递归调用中我们所使用的实际参数应就是独立的。
本例中使用的就是形式参数m,实际参数就是a
[
k
],这样无论在某一级中a[k]的值怎样变化,m的值就是始终不变的。
2、4算法实现
stdio、h>
stdlib、h>
voidsplitN(intn,intm);
//n就是需要拆分的数,m就是拆分的进度。
intx[1024]={0},total=0;
//total用于计数拆分的方法数,x[]用于存储解
intn;
printf("
pleaseinputthenaturalnumbern:
);
scanf("
%d"
&
n);
splitN(n,1);
Thereare%dwaystosplitnaturalnumber%d、\n"
total,n);
system("
PAUSE"
return0;
voidsplitN(intn,intm)
{//n就是需要拆分的数,m就是拆分的进度。
intrest,i,j;
for(i=1;
=n;
{//从1开始尝试拆分。
if(i>
=x[m-1])
{//拆分的数大于或等于前一个从而保证不重复
x[m]=i;
//将这个数计入结果中。
rest=n-i;
//剩下的数就是n-i,如果已经没有剩下的了,并且进度(总的拆分个数)大于1,说明已经得到一个结果。
if(rest==0&
m>
1)
total++;
%d\t"
total);
for(j=1;
m;
%d+"
x[j]);
%d\n"
x[m]);
splitN(rest,m+1);
//否则将剩下的数进行进度为m+1拆分。
x[m]=0;
//取消本次结果,进行下一次拆分。
环境恢复,即回溯
2、5结果分析
参考文献
[1]张子阳.、NET之美.第一版.机械工业出版社.2014
[2]MarkMichaelis.C#本质论.第四版.人民邮电出版社.2014
[3]MoreWindows.白话经典算法之七大排序.第二版
[4]王晓东.计算机算法设计与分析.第四版.电子工业出版社.2013
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