分治法

一、分治法

計算機科學中,分治法是一種很重要的算法。字面上的解釋是“分而治之”,就是把一個複雜的問題分成兩個或更多的相同或相似的子問題,再把子問題分成更小的子問題……直到最後子問題可以簡單的直接求解,原問題的解即子問題的解的合併。這個技巧是很多高效算法的基礎,如排序算法(快速排序歸併排序),傅立葉變換(快速傅立葉變換)……

二、簡介

任何一個可以用計算機求解的問題所需的計算時間都與其規模有關。問題的規模越小,越容易直接求解,解題所需的計算時間也越少。例如,對於n個元素的排序問題,當n=1時,不需任何計算。

  n=2時,只要作一次比較即可排好序。n=3時只要作3次比較即可,…。

  而當n較大時,問題就不那麼容易處理了。要想直接解決一個規模較大的問題,有時是相當困難的。

null  分治法的設計思想是,將一個難以直接解決的大問題,分割成一些規模較小的相同問題,以便各個擊破,分而治之。

  分治策略是:對於一個規模爲n的問題,若該問題可以容易地解決(比如說規模n較小)則直接解決,否則將其分解爲k個規模較小的子問題,這些子問題互相獨立且與原問題形式相同,遞歸地解這些子問題,然後將各子問題的解合併得到原問題的解。這種算法設計策略叫做分治法。

  如果原問題可分割成k個子問題,1遞歸過程的產生。分治與遞歸像一對孿生兄弟,經常同時應用在算法設計之中,並由此產生許多高效算法。

  分治法所能解決的問題一般具有以下幾個特徵:

  1) 該問題的規模縮小到一定的程度就可以容易地解決

  2) 該問題可以分解爲若干個規模較小的相同問題,即該問題具有最優子結構性質。

  3) 利用該問題分解出的子問題的解可以合併爲該問題的解;

  4) 該問題所分解出的各個子問題是相互獨立的,即子問題之間不包含公共的子子問題。

  上述的第一條特徵是絕大多數問題都可以滿足的,因爲問題的計算複雜性一般是隨着問題規模的增加而增加;第二條特徵是應用分治法的前提它也是大多數問題可以滿足的,此特徵反映了遞歸思想的應用;第三條特徵是關鍵,能否利用分治法完全取決於問題是否具有第三條特徵,如果具備了第一條和第二條特徵,而不具備第三條特徵,則可以考慮用貪心法或動態規劃法。第四條特徵涉及到分治法的效率,如果各子問題是不獨立的則分治法要做許多不必要的工作,重複地解公共的子問題,此時雖然可用分治法,但一般用動態規劃法較好。

  分治法的基本步驟

  分治法在每一層遞歸上都有三個步驟:

  分解:將原問題分解爲若干個規模較小,相互獨立,與原問題形式相同的子問題;

  解決:若子問題規模較小而容易被解決則直接解,否則遞歸地解各個子問題合併:將各個子問題的解合併爲原問題的解。



發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章