100层楼2个鸡蛋,如何得知鸡蛋能承受几层的撞击

有一栋楼共100层,一个鸡蛋从第N层及以上的楼层落下来会摔破, 在第N层以下的楼层落下不会摔破。给你2个鸡蛋,设计方案找出N,并且保证在最坏情况下, 最小化鸡蛋下落的次数。

我们先假设最坏情况下,鸡蛋下落次数为x,即我们为了找出N,一共用鸡蛋做了x次试验,那么,我们第一次应该从哪层楼往下扔鸡蛋呢?先让我们假设第一次是在第y层楼扔的鸡蛋,如果第一个鸡蛋第一次扔的时候就摔碎了,我们就剩下一个鸡蛋,要用它准确的找出N,只能从第一层向上,一层一层的往上测试,直到它摔坏为止,答案就出来了。由于第一个鸡蛋在第y层就摔碎了,所以最坏的情况是第二个鸡蛋要把第1到第y-1层的楼都测试一遍,最后得到结果。原来鸡蛋在第y-1层才能摔破(或是在第y-1层仍没摔破,答案就是第y层)。这样一来,测试次数是1+(y-1)=x,即第一次测试要在第x层。

OK, 那如果第一次测试鸡蛋没摔破呢,那N肯定比要比x大,要继续往上找,需要在哪一层扔呢?我们可以模仿前面的操作,如果第一个鸡蛋在第二次测试中摔破了, 那么第二个鸡蛋的测试次数就只剩下x-2次了(第一个鸡蛋已经用了2次)。 这样一来,第二次扔鸡蛋的楼层和第一次扔鸡蛋的楼层之间就隔着x-2层。 我们再回过头来看一看,第一次扔鸡蛋的楼层在第x层,第1层到第x层间共x层; 第1次扔鸡蛋的楼层到第2次扔鸡蛋的楼层间共有x-1层(包含第2次扔鸡蛋的那一层), 同理继续往下,我们可以得出,第2次扔鸡蛋的楼层到第3次扔鸡蛋的楼层间共有x-2层, ……最后把这些互不包含的区间数加起来,应该大于等于总共的楼层数量100,即:

x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 >= 100
(x + 1) * x / 2 >= 100

得出答案是14。

即我先用第1个鸡蛋在以下序列表示的楼层数不断地向上测试,直到它摔破。 再用第2个鸡蛋从上一个没摔破的序列数的下一层开始,向上测试, 即可保证在最坏情况下也只需要测试14次,就能用2个鸡蛋找出从哪一层开始, 往下扔鸡蛋,鸡蛋就会摔破。

14, 27, 39, 50, 60, 69, 77, 84, 90, 95, 99, 100

比如,我第1个鸡蛋是在第77层摔破的,那么我第2个鸡蛋就从第70层开始,向上测试, 第二个鸡蛋最多只需要测试7次(70,71,72,73,74,75,76),加上第1个鸡蛋测试的 7次(14,27,39,50,60,69,77),最坏情况只需要测试14次即可得出答案。

这个问题还有一个泛化的版本,即d层楼,e个鸡蛋,然后设计方案找出N, 使最坏情况下测试的次数最少。这个要用动态规划(DP)来解。

f[d][e]表示d 层楼,e个鸡蛋时,最坏情况下的测试次数,则:

f[d][e]=min{max(f[d-i][e]+1,f[i-1][e-1]+1)},i=1,2,...,d;

f[k][1]=k,0<=k<=d,f[0][0...e]=0;
int min_testnumber(int e, int d){
    vector<vector<int>> dp(e + 1, vector<int>(d + 1));
    for (int i = 1; i <= e; i++){
        for (int j = 1; j <= d; j++)
            dp[i][j] = j;  //最坏情况下的步数
    }

    for (int i = 2; i <= e; i++){
        for (int j = 1; j <= d; j++){
            for (int k = 1; k < j; k++){
                dp[i][j] = min(dp[i][j], max(dp[i - 1][k - 1], dp[i][j - k]) + 1);
            }
        }
    }
    return dp[e][d];
}
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