分治算法C++详解
分治算法的基本思想是将一个规模为N的问题分解为K个规模较小的子问题,这些子问题相互独立且与原问题性质相同。求出子问题的解,就可得到原问题的解。
基本思想:
当我们求解某些问题时,由于这些问题要处理的数据相当多,或求解过程相当复杂,使得直接求解法在时间上相当长,或者根本无法直接求出。对于这类问题,我们往往先把它分解成几个子问题,找到求出这几个子问题的解法后,再找到合适的方法,把它们组合成求整个问题的解法。如果这些子问题还较大,难以解决,可以再把它们分成几个更小的子问题,以此类推,直至可以直接求出解为止。这就是分治策略的基本思想。一般情况下,还会用到二分法。
二分法:
利用分治策略求解时,所需时间取决于分解后子问题的个数、子问题的规模大小等因素,而二分法,由于其划分的简单和均匀的特点,是经常采用的一种有效的方法,例如二分法检索。
基本算法:
分治法解题的一般步骤:
(1)分解,将要解决的问题划分成若干规模较小的同类问题;
(2)求解,当子问题划分得足够小时,用较简单的方法解决;
(3)合并,按原问题的要求,将子问题的解逐层合并构成原问题的解。
具体用法:
{//开始
if(1、问题不可分)2、返回问题解;
else
{
3、从原问题中划分出含一半运算对象的子问题1;
4、递归调用分治法过程,求出解1;
5、从原问题中划出含另一半运算对象的子问题2;
6、递归调用分治法过程,求出解2;
7、将解1、解2组合成整个问题的解;
}
}//结束
应用场景:
运用分治策略解决的问题一般来说具有以下特点:
1、原问题可以分解为多个子问题
这些子问题与原问题相比,只是问题的规模有所降低,其结构和求解方法与原问题相同或相似。
2、原问题在分解过程中,递归地求解子问题
由于递归都必须有一个终止条件,因此,当分解后的子问题规模足够小时,应能够直接求解。
3、在求解并得到各个子问题的解后
应能够采用某种方式、方法合并或构造出原问题的解。
不难发现,在分治策略中,由于子问题与原问题在结构和解法上的相似性,用分治方法解决的问题,大都采用了递归的形式。在各种排序方法中,如归并排序、堆排序、快速排序等,都存在有分治的思想。
例题1
问题 F: 【一本通基础分治】输出前k大的数
[题目描述]
给定一个数组,统计前k大的数并且把这k个数从大到小输出。
输入
第一行包含一个整数n,表示数组的大小。n < 100000。
第二行包含n个整数,表示数组的元素,整数之间以一个空格分开。每个整数的绝对值不超过100000000。
第三行包含一个整数k,k < n。
输出
从大到小输出前k大的数,每个数一行。
样例输入
10 4 5 6 9 8 7 1 2 3 0 5
样例输出
9 8 7 6 5
思路:把前k个数提出来,一半一半分,直到剩2个数,判断谁大谁小,代码如下:
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int a[100100];
void quicksort(int left, int right){//自大到小排序
int i = left, j = right, mid = a[(left + right) / 2], t;
while(i <= j){
while(a[i] > mid) i++;
while(a[j] < mid) j--;
if(i <= j)
{
t = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = t;
i++;
j--;
}
}
if(left < j) quicksort(left, j);
if(i < right) quicksort(i, right);
}
int main(){
int n, i, k;
scanf("%d", &n);
for(i = 1; i <= n; i++) scanf("%d", &a[i]);
quicksort(1, n);
scanf("%d", &k);
for(i = 1; i <= k; i++) printf("%d\n", a[i]);
return 0;
}