剑指offer第二版面试题14:剪绳子(java)

题目描述:
给定一根长度为n的绳子,请把绳子剪成m段(m、n都是整数,n>1并且m>1),每段绳子的长度记为k[0],k[1],…,k[m]。请问k[0]* k[1] * … *k[m]可能的最大乘积是多少?
例如,当绳子的长度是8时,我们把它剪成长度分别为2、3、3的三段,此时得到的最大乘积是18。

分析:
1、求一个问题的最优解;
2、整体的问题的最优解是依赖各个子问题的最优解;
3、把大问题分解成若干个小问题,这些小问题之间还有互相重叠的更小的子问题;
4、为避免子问题的重复计算,我们存储子问题的最优解。从上往下分析问题,从下往上求解问题。
上面的几个条件可以看出,属于动态规划问题。

动态规划:
1、定义函数f(n)表示为把长度为n的绳子剪成若干段后各段长度乘积的最大值。
2、对于第一刀,我们有n-1种可能的选择,可推导出f(n)=max{f(i)*f(n-i)};
3、很明显这是一个从上至下的递归,但是这个递归存在很多重复的计算,所以使用 至下而上的动态规划,将子问题的最优解保存。
4、注意绳子剪成ix(n-i)和(n-i)xi是相同的;
5、注意不符合切割条件的输入n,以及输入为2、3长度时的结果,因为题中规定m>1。

代码如下:

/*
     * 使用动态规划的思想
     */
    public int fun(int length){
        if(length <= 1)
            return 0;
        if(length == 2)
            return 1;
        if(length == 3)
            return 2;

        int[] products = new int[length + 1];
        products[0] = 0;
        products[1] = 1;
        products[2] = 2;
        products[3] = 3;

        int max = 0;
        for(int i = 4; i <= length; i++){
            max = 0;
            for(int j = 1; j <= i/2; j++){
                if(products[j] * products[i-j] > max)
                    max = products[j] * products[i-j];
            }
            products[i] = max;
        }
        return products[length];
    }

贪心算法:
1、贪心算法在对问题求解时,不从整体最优上加以考虑,他所做出的是在某种意义上的局部最优解;
2、选择的贪心策略必须具备无后效性,即某个状态以前的过程不会影响以后的状态,只与当前状态有关;
3、题目贪心策略:当n>=5时,尽可能多地剪长度为3的绳子;当剩下的绳子长度为4时,把绳子剪成两段长度为2的绳子。

代码如下:

/*
     * 使用贪婪法
     */
    public int fun(int length){
        if(length <= 1)
            return 0;
        if(length == 2)
            return 1;
        if(length == 3)
            return 2;

        //尽可能多的剪长度为3的绳子
        int timesOf3 = length / 3;

        //当绳子最后剩下的长度为4的时候,不能再剪去长度为3的绳子段
        //此时,更好的方法就是把绳子剪成长度为2的两段,因为2x2>1x3
        if(length - timesOf3 * 3 == 1){
            timesOf3--;
        }
        int timesOf2 = (length - timesOf3 * 3) / 2;
        return (int) (Math.pow(3, timesOf3) * Math.pow(2, timesOf2));
    }

数学证明:
1、当n<5时,我们会发现,无论怎么剪切,乘积product <= n,n为4时,product最大为2*2=4;
2、当n>=5时,可以证明2(n-2)>n并且3(n-3)>n。而且3(n-3)>=2(n-2)。所以我们应该尽可能地多剪长度为3的绳子段。

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