某石油公司计划建造一条由东向西的主输油管道。该管道要穿过一个有n口油井的油田。从每口油井都要有一条输油管道沿最短路经(或南或北)与主管道相连。如果给定n口油井的位置,即它们的x坐标(东西向)和y坐标(南北向),应如何确定主管道的最优位置,使各油井到主管道之间的输油管道长度总和最小的位置?可在线性时间内确定主管道的最优位置。给定n口油井的位置,编程计算各油井到主管道之间的输油管道最小长度总和。输入格式:输入的第1行是油井数n,1<=n<=10000。接下来n行是油井的位置,每行2个用空格割开的整数x和y,-10000<=x,y<=10000。输出格式:输出油井到主管道之间的输油管道最小长度总和。输入样例:51 22 21 33 -23 3输出样例:6
时间: 2024-03-07 10:52:13 浏览: 226
这是一个经典的最小二乘问题,可以使用线性回归求解。具体来说,我们可以将问题转化为求解一条直线,使得所有点到该直线的距离平方和最小。
假设直线的方程为 $y=ax+b$,则点 $(x_i,y_i)$ 到该直线的距离为:
$$d_i=\frac{|ax_i-y_i+b|}{\sqrt{a^2+1}}$$
因此,所有点到该直线的距离平方和为:
$$S=\sum_{i=1}^nd_i^2=\sum_{i=1}^n\frac{(ax_i-y_i+b)^2}{a^2+1}$$
我们要求的是 $S$ 的最小值,可以对 $a$ 和 $b$ 分别求偏导数,得到:
$$\frac{\partial S}{\partial a}=2\sum_{i=1}^n\frac{(ax_i-y_i+b)x_i}{(a^2+1)^2}=0$$
$$\frac{\partial S}{\partial b}=2\sum_{i=1}^n\frac{(ax_i-y_i+b)}{(a^2+1)^2}=0$$
由于 $\frac{\partial S}{\partial a}$ 和 $\frac{\partial S}{\partial b}$ 都是关于 $a$ 和 $b$ 的二次函数,因此可以通过求解方程组得到最优解。
具体来说,可以将方程组变形为:
$$\begin{cases}\sum_{i=1}^nx_i^2a+\sum_{i=1}^nx_ib=\sum_{i=1}^nx_iy_i\\\sum_{i=1}^nx_ia+\sum_{i=1}^nb=\sum_{i=1}^ny_i\end{cases}$$
然后使用高斯消元法求解即可。时间复杂度为 $O(n)$。
代码如下:
阅读全文