动态规划法(七)鸡蛋掉落问题(二)

  上次我们讲到,我们的主人公丁丁由于用动态规划法解决了鸡蛋掉落问题(egg dropping problem)而获得了当地科学家的赏识。这不,正当丁丁还沉浸在解决问题的喜悦中,科学家又给丁丁出了一个难题:

假设有n个鸡蛋和d次尝试机会,那么,最多能探索多少层楼?

这无疑是鸡蛋问题的翻版,因为这两个问题实在太像了。丁丁没有犹豫,立马按照之前的想法开始思考:

  用 f ( d , n ) 表示该问题的解。假设从k层楼扔下鸡蛋(k足够大),若鸡蛋碎了,则剩下n-1个鸡蛋,d-1次尝试机会,最多能向下探索 f ( d 1 , n 1 ) 层楼;若鸡蛋没碎,则剩下n个鸡蛋,d-1次尝试机会,最多能向上探索 f ( d 1 , n ) 层楼,于是:

f ( d , n ) = 1 + f ( d 1 , n 1 ) + f ( d 1 , n ) .

g ( d , n ) = f ( d , n + 1 ) f ( d , n ) ,则:
g ( d , n ) = f ( d , n + 1 ) f ( d , n ) = [ 1 + f ( d 1 , n ) + f ( d 1 , n + 1 ) ] [ 1 + f ( d 1 , n 1 ) + f ( d 1 , n ) ] = [ f ( d 1 , n + 1 ) f ( d 1 , n ) ] + [ f ( d 1 , n ) f ( d 1 , n 1 ) ] = g ( d 1 , n ) + g ( d 1 , n 1 )

因为 f ( 0 , n ) = f ( d , 0 ) = 0 ,对于任意的 n , d ,且 f ( d , 1 ) = d ,故 g ( 0 , n ) = 0 , g ( d , 0 ) = d . 因为在组合数学中,有:
C n k = C n 1 k + C n 1 k 1 ,

因此,由数学归纳法可知: g ( d , n ) = C d n + 1 . n + 1 d 时, C d n + 1 = 0. 对于 f ( d , n ) ,有:
f ( d , n ) = [ f ( d , n ) f ( d , n 1 ) ] + [ f ( d , n 1 ) f ( d , n 2 ) ] + + [ f ( d , 1 ) f ( d , 0 ) ] + f ( d , 0 ) .

因为 f ( d , 0 ) = 0 ,因此 f ( d , n ) = i = 1 n C d i , d 1. 于是,科学家的问题就解决了。
  突然,丁丁又想到了:能不能用这个结果来解决鸡蛋掉落问题呢?答案是肯定的,对于给定的 k = f ( d , n ) ,只需要对d从1开始算起,得到d,恰好使得 f ( d , n ) k , 则d即可鸡蛋掉落问题的解。
  科学家看了丁丁的解答,十分满意,他终于下定决心招丁丁为自己的助手。不过,丁丁说,他还要去外面的世界再看看,因此,科学家也没有挽留,但他祝愿丁丁好运。
  本文不再给出相关的程序,读者可以自己实现哦~~
  本文的参考文献为: https://brilliant.org/wiki/egg-dropping/

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