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分治算法的基本概念是什么

2020年01月01日 算法 ⁄ 共 544字 ⁄ 字号 评论关闭

  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)……

分治法的基本概念

  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。

分治法的基本思想及策略

  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。

  第一条特征是绝大多数问题都可以满足的,因为问题的计算复杂性一般是随着问题规模的增加而增加;

  第二条特征是应用分治法的前提它也是大多数问题可以满足的,此特征反映了递归思想的应用;、

  第三条特征是关键,能否利用分治法完全取决于问题是否具有第三条特征,如果具备了第一条和第二条特征,而不具备第三条特征,则可以考虑用贪心法或动态规划法。

  第四条特征涉及到分治法的效率,如果各子问题是不独立的则分治法要做许多不必要的工作,重复地解公共的子问题,此时虽然可用分治法,但一般用动态规划法较好。

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