程式設計之美2.18——陣列分割
問題:
1. 有一個無序、元素個數為2n的正整數陣列,要求:如何能把這個陣列分割為兩個子陣列,子陣列的元素個數不限,並使兩個子陣列之和最接近。
2. 有一個無序、元素個數為2n的正整數陣列,要求:如何能把這個陣列分割為元素個數為n的兩個陣列,並使兩個子陣列之和最接近。
1. 解法1:
由於對兩個子陣列和最接近的判斷不太直觀,我們需要對題目進行適當轉化。我們知道當一個子陣列之和最接近原陣列之和sum的一半時,兩個子陣列之和是最接近的。所以轉化後的題目是:從2n個數中選出任意個數,其和儘量接近於給定值sum/2。
這個問題儲存的是從前k個數中選取任意個數,且其和為s的取法是否存在dp[k][s]。之所以將選出的數之和放在下標中,而不是作為dp[k]的值,是因為那種做法不滿足動態規劃的前提——最優化原理,假設我們找到最優解有k個數p1p2...pk(選出的這k個數之和是最接近sum/2的),但最優解的前k-1個數p1p2...pk-1之和可能並不是最接近sum/2的,也就是說可能在訪問到pk之前有另一組數q1q2....qk-1其和相比p1p2...pk-1之和會更接近sum/2
外階段:在前k1個數中進行選擇,k1=1,2...2*n。
內階段:從這k1個數中任意選出k2個數,k2=1,2...k1。
狀態:這k2個數的和為s,s=1,2...sum/2。
#include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; #define MAXN 101 #define MAXSUM 100000 int A[MAXN]; bool dp[MAXN][MAXSUM]; // dp[k][s]表示從前k個數中去任意個數,且這些數之和為s的取法是否存在 int main() { int n, i, k1, k2, s, u; cin >> n; for (i=1; i<=2*n; i++) cin >> A[i]; int sum = 0; for (i=1; i<=2*n; i++) sum += A[i]; memset(dp,0,sizeof(dp)); dp[0][0]=true; // 外階段k1表示第k1個數,內階段k2表示選取數的個數 for (k1=1; k1<=2*n; k1++) // 外階段k1 { for (k2=k1; k2>=1; k2--) // 內階段k2 for (s=1; s<=sum/2; s++) // 狀態s { //dp[k1][s] = dp[k1-1][s]; // 有兩個決策包含或不包含元素k1 if (s>=A[k1] && dp[k2-1][s-A[k1]]) dp[k2][s] = true; } } // 之前的dp[k][s]表示從前k個數中取任意k個數,經過下面的步驟後 // 即表示從前k個數中取任意個數 for (k1=2; k1<=2*n; k1++) for (s=1; s<=sum/2; s++) if (dp[k1-1][s]) dp[k1][s]=true; // 確定最接近的給定值sum/2的和 for (s=sum/2; s>=1 && !dp[2*n][s]; s--); printf("the differece between two sub array is %d\n", sum-2*s); }
解法2:
由於題目不限制子陣列的元素個數,限制條件少,可以進行優化。實際上解法1的思路主要是為了題目2做鋪墊,使得題目2的解法不至於太難理解。該題實際上有更簡單的解法,該解法的思路和0-1揹包問題的思路是一樣的。
#include <iostream> using namespace std; #define MAXN 101 #define MAXSUM 100000 int A[MAXN]; bool dp[MAXN][MAXSUM]; // dp[k][s]表示從前k個數中取任意個數,且這些數之和為s的取法是否存在 int main() { int k, s, u, i, n; cin >> n; for (i=1; i<=2*n; ++i) cin >> A[i]; int sum = 0; for (i=1; i<=2*n; ++i) sum += A[i]; dp[0][0] = true; // 階段k表示第k個數 for (k=1; k<=2*n; ++k) // 注意狀態可取0 for (s=0; s<=(sum>>1); ++s) { // 加上第k個數,或不加它所能得到的和 if (s>=A[k]) dp[k][s] = dp[k-1][s-A[k]] || dp[k-1][s]; else dp[k][s] = dp[k-1][s]; } for (s=(sum>>1); s>=1 && !dp[2*n][s]; --s); cout << sum-2*s; }
2. 解法:
但本題還增加了一個限制條件,即選出的物體數必須為n,這個條件限制了內階段k2的取值範圍,並且dp[k][s]的含義也發生變化。這裡的dp[k][s]表示從前k個數中取k個數,且k不超過n,且這些數之和為s的取法是否存在。
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define MAXN 101
#define MAXSUM 100000
int A[MAXN];
bool dp[MAXN][MAXSUM];
// 題目可轉換為從2n個數中選出n個數,其和儘量接近於給定值sum/2
int main()
{
int n, i, k1, k2, s, u;
cin >> n;
for (i=1; i<=2*n; i++)
cin >> A[i];
int sum = 0;
for (i=1; i<=2*n; i++)
sum += A[i];
memset(dp,0,sizeof(dp));
dp[0][0]=true;
// 對於dp[k][s]要進行u次決策,由於階段k的選擇受到決策的限制,
// 這裡決策選擇不允許重複,但階段可以重複,比較特別
for (k1=1; k1<=2*n; k1++) // 外階段k1
for (k2=min(k1,n); k2>=1; k2--) // 內階段k2
for (s=1; s<=sum/2; s++) // 狀態s
// 有兩個決策包含或不包含元素k1
if (s>=A[k1] && dp[k2-1][s-A[k1]])
dp[k2][s] = true;
// 確定最接近的給定值sum/2的和
for (s=sum/2; s>=1 && !dp[n][s]; s--);
printf("the differece between two sub array is %d\n", sum-2*s);
}