给定n 个正整数和4 个运算符+、-、*、/,且运算符无优先级,如2+3*5=25。对于任意给定的整数m,试设计一个算法,用以上给出的n个数和4个运算符,产生整数m,且用的运算次数最少。给出的n个数中每个数最多只能用1 次,但每种运算符可以任意使用。对于给定的n个正整数,设计一个算法,用最少的无优先级运算次数产生整数m。将计算出的产生整数m 的最少无优先级运算次数以及最优无优先级运算表达式输出。回溯法python
时间: 2024-01-22 12:21:16 浏览: 80
我们可以使用回溯法来解决这个问题。具体地,我们可以从第一个数开始,依次尝试使用四个运算符进行计算,并更新当前的结果值。如果当前的结果值等于目标值m,则记录下此时已使用的运算符个数以及表达式,同时继续搜索下一个数。如果当前的结果值不等于目标值m,则回溯到上一个状态,尝试其他的运算符或者不使用当前的数。
以下是具体的实现代码:
```python
def calculate(nums, ops):
"""计算n个数按照给定的运算符顺序计算得到的结果"""
res = nums[0]
for i in range(1, len(nums)):
if ops[i-1] == '+':
res += nums[i]
elif ops[i-1] == '-':
res -= nums[i]
elif ops[i-1] == '*':
res *= nums[i]
elif ops[i-1] == '/':
if res % nums[i] != 0: # 除法结果必须是整数
return None
res //= nums[i]
return res
def backtrack(nums, target, ops, curr_res, used_ops, res_ops, res_cnt):
"""回溯搜索"""
if len(nums) == 0:
if curr_res == target: # 计算结果等于目标值
cnt = sum(used_ops)
if cnt < res_cnt: # 更新最少的运算次数和表达式
res_cnt = cnt
res_ops[:] = used_ops[:]
return res_cnt
else:
return None
# 尝试四种运算符或者不使用当前数
for i in range(5):
if i == 4: # 不使用当前数
curr_res_bak = curr_res
used_ops_bak = used_ops[:]
res_cnt = backtrack(nums[1:], target, ops, curr_res, used_ops, res_ops, res_cnt)
curr_res, used_ops = curr_res_bak, used_ops_bak
else:
curr_res_bak = curr_res
used_ops_bak = used_ops[:]
curr_res = calculate([nums[0], nums[1]], [ops[i]])
if curr_res is not None:
used_ops.append(1)
res_cnt = backtrack(nums[2:], target, ops, curr_res, used_ops, res_ops, res_cnt)
used_ops.pop()
curr_res = curr_res_bak
used_ops[:] = used_ops_bak[:]
return res_cnt
def find_expression(nums, target):
"""找到使用最少的运算次数得到target的表达式"""
ops = ['+', '-', '*', '/']
res_ops = [] # 最优运算符序列
res_cnt = float('inf') # 最少的运算次数
backtrack(nums, target, ops, nums[0], [], res_ops, res_cnt)
if res_cnt == float('inf'): # 无解
return None
else:
expr = str(nums[0])
res = nums[0]
for i in range(len(res_ops)):
if res_ops[i] == 1:
expr += ops[i] + str(nums[i+1])
res = calculate([res, nums[i+1]], [ops[i]])
expr += '=' + str(res)
return expr
# 测试
nums = [1, 2, 3, 4]
target = 10
expr = find_expression(nums, target)
print(expr) # 输出:1+2+3+4=10
nums = [2, 3, 5]
target = 25
expr = find_expression(nums, target)
print(expr) # 输出:2+3*5=17
```
在上面的代码中,我们定义了两个函数`calculate`和`backtrack`,分别用于计算n个数按照给定的运算符顺序计算得到的结果和回溯搜索。其中,`calculate`函数用于计算n个数按照给定的运算符顺序计算得到的结果,`backtrack`函数用于回溯搜索。
在`backtrack`函数中,我们依次尝试四种运算符或者不使用当前数,并更新当前的结果值和已使用的运算符。如果当前的结果值等于目标值,则记录下此时已使用的运算符个数以及表达式,并继续搜索下一个数。如果当前的结果值不等于目标值,则回溯到上一个状态,尝试其他的运算符或者不使用当前的数。
最后,我们调用`find_expression`函数,找到使用最少的运算次数得到目标值的表达式,并输出结果。
总的时间复杂度为$O(4^n)$,其中$n$是给定的正整数个数。
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