1 常用算法
1.1 分治算法
基本概念:
在计算机科学中,分治法是一种很重要的算法。字面上的解释是“分而治之”,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。这个技巧
是很多高效算法的基础,如排序算法(快速排序,归并排序),傅立叶变换(快速傅立叶变
换)……
任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关。问题的规模越
小,越容易直接求解,解题所需的计算时间也越少。例如,对于n 个元素的排序问题,当
n=1 时,不需任何计算。n=2 时,只要作一次比较即可排好序。n=3 时只要作3 次比较即可,…。
而当 n 较大时,问题就不那么容易处理了。要想直接解决一个规模较大的问题,有时是相
当困难的。
基本思想及策略:
分治法的设计思想是:将一个难以直接解决的大问题,分割成一些规模较小的相同问
题,以便各个击破,分而治之。
分治策略是:对于一个规模为n 的问题,若该问题可以容易地解决(比如说规模n 较
小)则直接解决,否则将其分解为k 个规模较小的子问题,这些子问题互相独立且与原问
题形式相同,递归地解这些子问题,然后将各子问题的解合并得到原问题的解。这种算法
设计策略叫做分治法。
如果原问题可分割成k 个子问题,1<k≤n,且这些子问题都可解并可利用这些子问题
的解求出原问题的解,那么这种分治法就是可行的。由分治法产生的子问题往往是原问题
的较小模式,这就为使用递归技术提供了方便。在这种情况下,反复应用分治手段,可以
使子问题与原问题类型一致而其规模却不断缩小,最终使子问题缩小到很容易直接求出其
解。这自然导致递归过程的产生。分治与递归像一对孪生兄弟,经常同时应用在算法设计
之中,并由此产生许多高效算法。
分治法适用的情况:
分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征:
1) 该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决
2) 该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题,即该问题具有最优子结构性质。
3) 利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解;
4) 该问题所分解出的各个子问题是相互独立的,即子问题之间不包含公共的子子问题。
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