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: 5 1 2 2 2 1 3 3 -2 3 3 输出样例: 6。用分治法编写c语言代码,并描述算法及分析时间复杂度
时间: 2024-03-08 08:47:35 浏览: 179
输油管道问题
算法描述:
本题可以使用分治法进行求解,具体步骤如下:
1. 将所有油井按照 x 坐标排序,找到中间位置的油井,其 x 坐标为中位数;
2. 在所有油井中,以中位数为界,将油井分为两部分,分别为左侧油井和右侧油井;
3. 对于左侧油井和右侧油井,分别递归求解其最优位置,得到左侧油井的最优位置为 x1,右侧油井的最优位置为 x2;
4. 将左侧油井和右侧油井的最优位置的平均值作为主管道的位置,并计算左侧油井和右侧油井到主管道之间的输油管道长度总和;
5. 返回左侧油井和右侧油井到主管道之间的输油管道长度总和的和,即为最终结果。
时间复杂度:
分治法的时间复杂度为 O(NlogN)。
C 语言代码实现:
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_N 10000
// 定义油井结构体
typedef struct oilwell {
int x; // x 坐标
int y; // y 坐标
} OilWell;
// 根据 x 坐标进行比较大小的函数
int cmp(const void *a, const void *b)
{
return ((const OilWell *)a)->x - ((const OilWell *)b)->x;
}
// 计算油井到主管道之间的输油管道长度
int calculate_length(OilWell *oilwells, int left, int right, int x)
{
int length = 0;
for (int i = left; i <= right; i++) {
length += abs(oilwells[i].x - x) + oilwells[i].y;
}
return length;
}
// 分治法求解主管道位置
int find_main_pipeline(OilWell *oilwells, int left, int right)
{
if (left == right) { // 只有一个油井,主管道位置就是该油井的 x 坐标
return oilwells[left].x;
} else if (left + 1 == right) { // 只有两个油井,主管道位置就是它们的平均值
return (oilwells[left].x + oilwells[right].x) / 2;
} else { // 分治法求解主管道位置
int mid = (left + right) / 2; // 找到中间位置的油井
int x1 = find_main_pipeline(oilwells, left, mid); // 递归求解左侧油井的最优位置
int x2 = find_main_pipeline(oilwells, mid + 1, right); // 递归求解右侧油井的最优位置
int x = (x1 + x2) / 2; // 主管道位置为左侧油井和右侧油井的最优位置的平均值
int length1 = calculate_length(oilwells, left, mid, x); // 计算左侧油井到主管道之间的输油管道长度
int length2 = calculate_length(oilwells, mid + 1, right, x); // 计算右侧油井到主管道之间的输油管道长度
return length1 + length2; // 返回左侧油井和右侧油井到主管道之间的输油管道长度总和
}
}
int main()
{
int n;
OilWell oilwells[MAX_N]; // 定义油井数组
// 读入油井数
scanf("%d", &n);
// 读入每个油井的位置
for (int i = 0; i < n; i++) {
scanf("%d%d", &oilwells[i].x, &oilwells[i].y);
}
// 对油井按照 x 坐标进行排序
qsort(oilwells, n, sizeof(OilWell), cmp);
// 求解主管道位置
int x = find_main_pipeline(oilwells, 0, n - 1);
// 输出结果
printf("%d\n", calculate_length(oilwells, 0, n - 1, x));
return 0;
}
```
注意事项:
1. 在计算油井到主管道之间的输油管道长度时,需要使用绝对值函数来计算 x 坐标差;
2. 在计算油井到主管道之间的输油管道长度时,需要加上 y 坐标差;
3. 在分治法中,需要特别处理只有一个油井和只有两个油井的情况。
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