泊松分酒

題目如下:

泊松是法國數學家、物理學家和力學家。他一生致力科學事業,成果頗多。有許多著名的公式定理以他的名字命名,比如概率論中著名的泊松分佈。


    有一次閒暇時,他提出過一個有趣的問題,後稱爲:“泊松分酒”。在我國古代也提出過類似問題,遺憾的是沒有進行徹底探索,其中流傳較多是:“韓信走馬分油”問題。


    有3個容器,容量分別爲12升,8升,5升。其中12升中裝滿油,另外兩個空着。要求你只用3個容器操作,最後使得某個容器中正好有6升油。


    下面的列表是可能的操作狀態記錄:
12,0,0
4,8,0
4,3,5
9,3,0
9,0,3
1,8,3
1,6,5


    每行3個數據,分別表示12,8,6升容器中的油量


    第一行表示初始狀態,第二行表示把12升倒入8升容器後的狀態,第三行是8升倒入5升,...


    當然,同一個題目可能有多種不同的正確操作步驟。


    本題目的要求是,請你編寫程序,由用戶輸入:各個容器的容量,開始的狀態,和要求的目標油量,程序則通過計算輸出一種實現的步驟


    例如,用戶輸入:
12,8,5,12,0,0,6


    用戶輸入的前三個數是容器容量(由大到小),接下來三個數是三個容器開始時的油量配置,最後一個數是要求得到的油量(放在哪個容器裏得到都可以)


    則程序可以輸出(答案不唯一,只驗證操作可行性):
12,0,0
4,8,0
4,3,5
9,3,0
9,0,3
1,8,3
1,6,5


解析:我這裏用的是回溯法,假設現在三個酒杯分別標記爲A,B,C,則對於一個狀態有六種分酒方法:A->B,A->C,B->A,B->C,C->A,C->B,根據這種思想構造出來

的搜索樹每一層有六個節點,每個節點對應一種分酒方法,進行一次分酒之後,便是一個新的狀態,此時遞歸進行六種分酒方法,使用回溯法自然就需要明確

回溯條件,這裏我的回溯條件分爲兩種:第一種,當無法進行分酒時回溯(如A->B,此時如果A是空的,或者B是滿的,則分酒無法進行),第二種,當分酒之

後的狀態之前已經出現過,則回溯(否則會永無止境得搜索)。


java代碼如下:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ys_10 {
	//分酒
	public static void main(String[] args) {
		
		new ys_10().new answer(12,8,5,12,0,0,6);
	}
	private class answer{
		//保存每一次的結果
		private int[] result=new int[3];
		//最終存在的數字
		private int last=0;
		//初始大小
		private int[] size=new int[3];
		//歷史記錄
		private List history=new ArrayList();
		//過程
		private List course=new ArrayList();
		public answer(int a1,int a2,int a3,int a4,int a5,int a6,int a7){
			size[0]=a1;
			size[1]=a2;
			size[2]=a3;
			result[0]=a4;
			result[1]=a5;
			result[2]=a6;
			last=a7;
			//添加初始記錄
			addHistory();
			addCourse();
			process();
		}
		public void process(){
			if(isLast()){
				//輸出結果
				outputCourse();
				return;
			}
			int one,two,three;
			one=result[0];
			two=result[1];
			three=result[2];
			int[] temp={1,2,0,2,0,1};
			for(int i=0;i<6;i++){
				//六種情況分別爲:A->B,A->C,B->A,B->C,C->A,C->B
				if(!move(i/2,temp[i])){
					//移動失敗
					continue;
				}
				//是否存在該記錄-》存在
				if(isInHistory()){
					//恢復原來的狀態
					result[0]=one;
					result[1]=two;
					result[2]=three;
					//這裏的剪枝很重要,否則會一直搜索下去
					continue;
				}else{
					addHistory();
					//添加有效記錄
					addCourse();
				}
				//處理下一層
				process();
				//應該恢復到原來狀態
				result[0]=one;
				result[1]=two;
				result[2]=three;
				removeCourse();
			}
		}
		//通過a杯裝滿b杯
		public boolean move(int a,int b){
			//a酒杯是空酒杯
			if(result[a]==0)return false;
			//b酒杯是滿酒杯
			if(result[b]==size[b])return false;
			
			//b酒杯的剩餘空間大於等於a酒杯的
			if(size[b]-result[b]>=result[a]){
				result[b]+=result[a];
				result[a]=0;
			}else{
				//a酒杯減去b酒杯的剩餘容量
				result[a]-=(size[b]-result[b]);
				//b酒杯裝滿
				result[b]=size[b];
			}
			return true;
		}
		//將當前狀態添加到記錄中
		private void addHistory(){
			String his=result[0]+","+result[1]+","+result[2];
			history.add(his);
		}
		//當前狀態是否存在於歷史記錄中
		private boolean isInHistory(){
			//待優化,可以用位運算
			String his=result[0]+","+result[1]+","+result[2];
			return history.contains(his);	
		}
		//添加過程
		private void addCourse(){
			for(int i=0;i<result.length;i++){
				course.add(result[i]);
			}
		}
		//移除過程
		private void removeCourse(){
			int length=course.size();
			for(int i=length-1;i>length-4;i--){
				course.remove(i);
			}
		}
		//當前結果是否是最終結果了
		private boolean isLast(){
			for(int i=0;i<result.length;i++){
				if(result[i]==last){return true;}
			}
			return false;
		}
		//輸出最終結果
		private void outputCourse(){
			
			for(int i=0;i<course.size();i++){
				
				if(i%3==2){
					System.out.println(course.get(i));
				}else{
					System.out.print(course.get(i)+",");
				}

			}
			System.out.println("========================");
		}
	}
}

輸出結果:

12,0,0
4,8,0
0,8,4
8,0,4
8,4,0
3,4,5
3,8,1
11,0,1
11,1,0
6,1,5
========================
12,0,0
4,8,0
4,3,5
9,3,0
9,0,3
1,8,3
1,6,5
========================



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