分治法是一种很重要的算法。字面上的解释是“ 分而治之 ”,就是把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小的子问题直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并。这个技巧是很多高效算法的基础,如排序算法( 快速排序,归并序 ) ,傅立叶变换 ( 快速傅立叶变换)
分治策略是:对于一个规模为n的问题,若该问题可以容易地解决(比如说规模n较小)则直接解决,否则将其分解为k个规模较小的子问题,这些子问题互相独立且与原问题形式相同,递归地解这些子问题,然后将各子问题的解合并得到原问题的解。 这种算法设计策略叫做分治法。
分治算法实现的基本步骤:
分治法在每一层递归上都有三个步骤:
1) 分解:将原问题分解为若干个规模较小,相互独立,与原问题形式相同的子问题
2) 解决:若子问题规模较小而容易被解决则直接解,否则递归地解各个子问题
3) 合并:将各个子问题的解合并为原问题的解。
为了对分治算法的更一步理解,我们举一个使用了分治算法的经典案例:汉诺塔问题
汉诺塔的由来:法国数学家爱德华·卢卡斯曾编写过一个印度的古老传说:在世界中心贝拿勒斯(在印度北部)的圣庙里,一块黄铜板上插着三根宝石针。印度教的主神梵天在创造世界的时候,在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔。不论白天黑夜,总有一个僧侣在按照下面的法则移动这些金片:一次只移动一片,不管在哪根针上,小片必须在大片上面。僧侣们预言,当所有的金片都从梵天穿好的那根针上移到另外一根针上时,世界就将在一声霹雳中消灭,而梵塔、庙宇和众生也都将同归于尽。
代码实现的基本思路:
1) 如果是有一个盘, A->C
如果我们有 n >= 2 情况,我们总是可以看做是两个盘 1. 最下边的盘 2. 上面的盘
2) 先把 最上面的盘 A->B
3) 把最下边的盘 A->C
4) 把 B 塔的所有盘 从 B->C
public class Hanoitower { public static void main(String[] args) { hanoiTower(5, 'A', 'B', 'C'); } // 汉诺塔的移动方法 // 使用分治算法 public static void hanoiTower(int num, char a, char b, char c) { // 如果只有一个盘 if (num == 1) { System.out.println("第1个盘从 " + a + "->" + c); } else { // 如果我们有n>=2情况,我们总是可以看做是两个盘 最下面的盘和上面的盘 // 1.先把最上面的盘A->B,移动过程会使用到c hanoiTower(num - 1, a, c, b); // 2.把最下边的盘A->C System.out.println("第" + num + "个盘从 " + a + "->" + c); // 3.把B塔的所有盘从B->C 移动过程使用到a塔 hanoiTower(num - 1, b, a, c); } } }