樓層扔雞蛋問題

==有限層數和蛋數,求即使最壞情況下需要的最少判斷次數==

兩個軟硬程度一樣但未知的雞蛋,它們有可能都在一樓就摔碎,也可能從一百層樓摔下來沒事。有座100層的建築,要你用這兩個雞蛋確定哪一層是雞蛋可以安全落下的最高位置。可以摔碎兩個雞蛋。


分析:
這是典型的動態規劃問題。假設f[n]表示從n層樓找到摔雞蛋不碎安全位置的最少判斷次數。假設第一個雞蛋第一次從第i層扔下,如果碎了,就剩一個雞蛋,爲確定下面樓層中的安全位置,必須從第一層挨着試,還需要i-1次;如果不碎的話,上面還有n-i層,剩下兩個雞蛋,還需要f[n-i]次(子問題,實體n層樓的上n-i層需要的最少判斷次數和實體n-i層樓需要的最少判斷次數其實是一樣的)。因此,最壞情況下還需要判斷max(i-1,f[n-i])次。

狀態轉移方程:f[n] = min{ 1+max(i-1,f[n-i]) | i=1..n } 
初始條件: f[0]=0(或f[1]=1)



實際上,兩個雞蛋的情況用數學方程就可以解決,前提是你知道該怎麼扔:

一種想法是第一個雞蛋折半搜索,如100層的樓,先從50層扔下去,如果碎了則第二個雞蛋在1~49層樓中自底向上線性搜索;如果沒碎則第一個雞蛋再從75層扔。如果這次碎了則第二個雞蛋在51~74層樓中自底向上線性搜索;如果還沒碎則第一個雞蛋再從88層扔,依此類推。這種方法不是最優,因爲最壞情況下安全位置恰好是49層,需要嘗試50次。


正確的方法是先假設最少判斷次數爲x,則第一個雞蛋第一次從第x層扔(不管碎沒碎,還有x-1次嘗試機會)。如果碎了,則第二個雞蛋在1~x-1層中線性搜索,最多x-1次;如果沒碎,則第一個雞蛋第二次從x+(x-1)層扔(現在還剩x-2次嘗試機會)。如果這次碎了,則第二個雞蛋在x+1~x+(x-1)-1層中線性搜索,最多x-2次;如果還沒碎第一個雞蛋再從x+(x-1)+(x-2)層扔,依此類推。x次嘗試所能確定的最高樓層數爲x+(x-1)+(x-2)+...+1=x(x+1)/2。


現在推廣成n層樓,m個雞蛋:

還是動態規劃。假設f[n,m]表示n層樓、m個雞蛋時找到摔雞蛋不碎的最少判斷次數。則一個雞蛋從第i層扔下,如果碎了,還剩m-1個雞蛋,爲確定下面樓層中的安全位置,還需要f[i-1,m-1]次(子問題);不碎的話,上面還有n-i層,還需要f[n-i,m]次(子問題,實體n層樓的上n-i層需要的最少判斷次數和實體n-i層樓需要的最少判斷次數其實是一樣的)。

狀態轉移方程:f[n,m] = min{ 1+max(f[i-1,m-1], f[n-i,m]) | i=1..n } 
初始條件:f[i,0]=0(或f[i,1]=i),對所有i


轉自:LTang

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