整數劃分

整數劃分問題是算法中的一個經典命題之一,有關這個問題的講述在講解到遞歸時基本都將涉及。所謂整數劃分,是指把一個正整數n寫成如下形式:

      n=m1+m2+...+mi; (其中mi爲正整數,並且1 <= mi <= n),則{m1,m2,...,mi}爲n的一個劃分。

      如果{m1,m2,...,mi}中的最大值不超過m,即max(m1,m2,...,mi)<=m,則稱它屬於n的一個m劃分。這裏我們記n的m劃分的個數爲f(n,m);

      例如但n=4時,他有5個劃分,{4},{3,1},{2,2},{2,1,1},{1,1,1,1};

      注意4=1+3 和 4=3+1被認爲是同一個劃分。

      該問題是求出n的所有劃分個數,即f(n, n)。下面我們考慮求f(n,m)的方法;


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                                          (一)遞歸法

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      根據n和m的關係,考慮以下幾種情況:

      (1)當n=1時,不論m的值爲多少(m>0),只有一種劃分即{1};

       (2)  當m=1時,不論n的值爲多少,只有一種劃分即n個1,{1,1,1,...,1};

       (3)  當n=m時,根據劃分中是否包含n,可以分爲兩種情況:

             (a). 劃分中包含n的情況,只有一個即{n};

             (b). 劃分中不包含n的情況,這時劃分中最大的數字也一定比n小,即n的所有(n-1)劃分。

             因此 f(n,n) =1 + f(n,n-1);

       (4) 當n<m時,由於劃分中不可能出現負數,因此就相當於f(n,n);

       (5) 但n>m時,根據劃分中是否包含最大值m,可以分爲兩種情況:

              (a). 劃分中包含m的情況,即{m, {x1,x2,...xi}}, 其中{x1,x2,... xi} 的和爲n-m,可能再次出現m,因此是(n-m)的m劃分,因此這種劃分

                    個數爲f(n-m, m);

              (b). 劃分中不包含m的情況,則劃分中所有值都比m小,即n的(m-1)劃分,個數爲f(n,m-1);

             因此 f(n, m) = f(n-m, m)+f(n,m-1);


        綜合以上情況,我們可以看出,上面的結論具有遞歸定義特徵,其中(1)和(2)屬於迴歸條件,(3)和(4)屬於特殊情況,將會轉換爲情況(5)。而情況(5)爲通用情況,屬於遞推的方法,其本質主要是通過減小m以達到迴歸條件,從而解決問題。其遞推表達式如下:

        f(n, m)=       1;                                (n=1 or m=1)

                           f(n, n);                         (n<m)

                           1+ f(n, m-1);                (n=m)

                           f(n-m,m)+f(n,m-1);       (n>m)


         因此我們可以給出求出f(n, m)的遞歸函數代碼如下(引用Copyright Ching-Kuang Shene July/23/1989的代碼):


ContractedBlock.gif計算f(n,m),即n的m劃分的個數


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