有兩個序列a,b,大小都爲n,序列元素的值任意整數,無序;要求:通過交換a,b中的元素,使[序列a元素的和]與[序列b元素的和]之間的差最小。

第一種解法:

  1. /* 
  2. *copyright@nciaebupt 轉載請註明出處 
  3. *問題:有兩個序列a,b,大小都爲n,序列元素的值任意整數,無序; 
  4. *要求:通過交換a,b中的元素,使[序列a元素的和]與[序列b元素的和]之間的差最小。 
  5. *比如 a=[100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3]; b=[1, 2, 3, 4, 5, 40];結果爲48 
  6. *求解思路: 
  7. *當前數組a和數組b的和之差爲 
  8. *A = sum(a) - sum(b) 
  9. *a的第i個元素和b的第j個元素交換後,a和b的和之差爲 
  10. *A' = sum(a) - a[i] + b[j] - (sum(b) - b[j] + a[i]) 
  11. *    = sum(a) - sum(b) - 2 (a[i] - b[j]) 
  12. *    = A - 2 (a[i] - b[j]) 
  13. *設x = a[i] - b[j] 
  14. *所以 A' = A-2x 
  15. *假設A > 0, 
  16. *當x 在 (0,A)之間時,做這樣的交換才能使得交換後的a和b的和之差變小, 
  17. *x越接近A/2效果越好, 
  18. *如果找不到在(0,A)之間的x,則當前的a和b就是答案。 
  19. *所以算法大概如下: 
  20. *在a和b中尋找使得x在(0,A)之間並且最接近A/2的i和j,交換相應的i和j元素, 
  21. *重新計算A後,重複前面的步驟直至找不到(0,A)之間的x爲止。 
  22. */  
  23. #include <cstdio>  
  24. #include <cstdlib>  
  25. #include <iostream>  
  26. using namespace std;  
  27.   
  28. int sum(int a[],int len)  
  29. {  
  30.     int res = 0;  
  31.     for(int i=0;i<len;++i)  
  32.     {  
  33.         res = res + a[i];  
  34.     }  
  35.     return res;  
  36. }  
  37.   
  38. void swap(int * a,int * b)  
  39. {  
  40.     int tmp = *a;  
  41.     *a = *b;  
  42.     *b = tmp;  
  43. }  
  44.   
  45. bool isXinRangeA(int x,int A)  
  46. {  
  47.     if((x < A && x > 0) ||(x > A && x < 0))  
  48.         return true;  
  49.     return false;  
  50. }  
  51.   
  52. void exchangeAB(int *a, int *b,int len)  
  53. {  
  54.     int A = sum(a,len) - sum(b,len);  
  55.     double min = a[0]-b[0]-A/2.0;  
  56.     int ii = 0;  
  57.     int jj = 0;  
  58.     int flag = 0;  
  59.     if(A == 0)  
  60.         return ;  
  61.     for(int i = 0;i < len;++i)  
  62.     {  
  63.         for(int j = 0;j < len;++j)  
  64.         {  
  65.             int x = a[i] - b[j];  
  66.             if( x == 0)  
  67.                 continue;  
  68.             if(isXinRangeA(x,A))  
  69.             {  
  70.                 double tmp = x - A/2.0;  
  71.                 if(tmp < min)  
  72.                 {  
  73.                     min = tmp;  
  74.                     flag = 1;  
  75.                     ii = i;  
  76.                     jj = j;  
  77.                     cout<<"***"<<endl;  
  78.                 }  
  79.             }  
  80.         }  
  81.     }  
  82.     if(flag == 1)  
  83.     {  
  84.         swap(&a[ii],&b[jj]);  
  85.         exchangeAB(a,b,len);  
  86.     }  
  87.   
  88. }  
  89.   
  90. int main(int args,char ** argv)  
  91. {  
  92.     //int a[] = {100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3};  
  93.     //int b[] = {1, 2, 3, 4, 5, 40};  
  94.     int a[] = {-3,9,10,65};  
  95.     int b[] = {5,6,13,55};  
  96.     int len = sizeof(a)/sizeof(int);  
  97.     exchangeAB(a,b,len);  
  98.     //打印數組A  
  99.     for(int i = 0;i < len;++i)  
  100.     {  
  101.         cout<<a[i]<<" ";  
  102.     }  
  103.     cout<<endl;  
  104.     //打印數組B  
  105.     for(int j = 0;j < len;++j)  
  106.     {  
  107.         cout<<b[j]<<" ";  
  108.     }  
  109.     cout<<endl;  
  110.     //打印數組A的和與數組B的和的差值  
  111.     cout<<abs(sum(a,len)-sum(b,len))<<endl;  
  112.   
  113.     system("pause");  
  114.     return 0;  
  115. }  

以上這種解法是有缺陷的,得到的結果並不一定是全局最優值,因爲:
一,題目要求的是差值最小的方案,所以交換一對數據是不能實現的。
二,最後交換一對數據無法使差值減小,但是存在同時交換兩對(還有更多對)數據可以減小差值的可能。
比如:如果兩個序列分別是[-3,9,10,65]和[5,6,13,55],按以上的算法這就是最優解了。可是顯然[-3,5,13,65]和[6,9,10,55]更好。


所以下面給出一種能找出全局最優值的解法,使用動態規劃的算法實現:

  1. /* 
  2. *copyright@nciaebupt 轉載請註明出處 
  3. *問題:有兩個序列a,b,大小都爲n,序列元素的值任意整數,無序; 
  4. *要求:通過交換a,b中的元素,使[序列a元素的和]與[序列b元素的和]之間的差最小。 
  5. *比如 a=[100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3]; b=[1, 2, 3, 4, 5, 40];結果爲48 
  6. *求解思路:使用動態規劃的思路 
  7. *   外階段:在前i個數中進行選擇,i=1,2...2*n。 
  8. *   內階段:從這i個數中任意選出j個數,j=1,2...i。 
  9. *   狀態:這j個數的和爲s,s=1,2...sum/2。 
  10. *   決策:決定這j個數的和有兩種決策,一個是這j個數中包含第i個數,另一個是不包含第i個數。 
  11. *   dp[k][s]表示從前k個數中取任意個數,且這些數之和爲s的取法是否存在。 
  12. *在程序中我們給出S(k)的所有可能取值v和arr[k],去尋找v-arr[k]是否在S(k-1)={Vi}中, 
  13. *由於S(k)的可能取值的集合的大小與k無關, 
  14. *所以這樣設計的動態規劃算法其第k步的時間複雜度與k無關 
  15. */  
  16. #include <cstdio>  
  17. #include <cstdlib>  
  18. #include <cstring>  
  19. #include <iostream>  
  20. using namespace std;  
  21. #define MAXN 101  
  22. #define MAXSUM 100000  
  23. bool dp[MAXN][MAXSUM];  
  24.   
  25. int c_sum(int *c,int len)  
  26. {  
  27.     int sum = 0;  
  28.     for(int i = 0;i < len;++i)  
  29.     {  
  30.         sum = sum + c[i];  
  31.     }  
  32.     return sum;  
  33. }  
  34.   
  35. int min(int a,int b)  
  36. {  
  37.     if(a < b)  
  38.         return a;  
  39.     else  
  40.         return b;  
  41. }  
  42.   
  43. void exchangeAB(int * c,int len)  
  44. {  
  45.     int sum = c_sum(c,2*len);  
  46.     memset(dp,0,sizeof(dp));  
  47.     dp[0][0] = true;  
  48.     //外階段i表示第i個數,內階段j表示選取數的個數  
  49.     for(int i = 1;i <= 2*len;++i)//外階段i  
  50.     {  
  51.         for(int j = min(i,len);j >=1;--j)//內階段j  
  52.         {  
  53.             for(int s = 1;s <= sum/2;++s)//S(k)的所有可能取值s  
  54.             {  
  55.                 if((s >= c[i]) && dp[j-1][s-c[i]])//j個數中是否包含第i個數  
  56.                 {  
  57.                     dp[j][s]=true;  
  58.                     //cout<<s<<endl;  
  59.                 }  
  60.             }  
  61.         }  
  62.     }  
  63.     int s = sum/2;  
  64.     for(;s>=1 && !dp[len][s];s--)  
  65.         ;  
  66.     cout<<sum - 2*s<<endl;  
  67.   
  68. }  
  69.   
  70. int main(int args,char ** argv)  
  71. {  
  72.     //int a[] = {100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3};  
  73.     //int b[] = {1, 2, 3, 4, 5, 40};  
  74.     int a[] = {-3,9,10,65};  
  75.     int b[] = {5,6,13,55};  
  76.     int len = sizeof(a)/sizeof(int);  
  77.     //將數組a與b中的值放在數組c中  
  78.     int c[MAXN];  
  79.     int pos = 0;  
  80.     for(int i = 0;i <= len;++i)  
  81.     {  
  82.         c[i] = a[i];  
  83.         pos = i;  
  84.     }  
  85.     for(int j = 0;j <= len;++j)  
  86.     {  
  87.         c[pos+j] = b[j];  
  88.     }  
  89.   
  90.     for(int i = 0;i < 2*len;++i)  
  91.     {  
  92.         cout<<c[i]<<" ";  
  93.     }  
  94.     cout<<endl;  
  95.     exchangeAB(c,len);  
  96.     system("pause");  
  97.     return 0;  
  98. }  

注意:如果數組中有負數的話,上面的揹包策略就不能使用了(因爲第三重循環中的s是作爲數組的下標的,不能出現負數的),需要將數組中的所有數組都加上最小的那個負數的絕對值,將數組中的元素全部都增加一定的範圍,全部轉化爲正數,然後再使用上面的揹包策略就可以解決了。

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