【转】漫画:经典谷歌面试题“扔鸡蛋”,看看你会做吗?

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 第二天


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题目:扔鸡蛋问题


有2个鸡蛋,从100层楼上往下扔,以此来测试鸡蛋的硬度。比如鸡蛋在第9层没有摔碎,在第10层摔碎了,那么鸡蛋不会摔碎的临界点就是9层。

问:如何用最少的尝试次数,测试出鸡蛋不会摔碎的临界点?

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举个栗子,最笨的测试方法,是什么样的呢?把其中一个鸡蛋,从第1层开始往下扔。如果在第1层没碎,换到第2层扔;如果在第2层没碎,换到第3层扔.......如果第59层没碎,换到第60层扔;如果第60层碎了,说明不会摔碎的临界点是第59层。

在最坏情况下,这个方法需要扔100次。

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方法一:二分法


采用类似于二分查找的方法,把鸡蛋从一半楼层(50层)往下扔。

如果第一枚鸡蛋,在50层碎了,第二枚鸡蛋,就从第1层开始扔,一层一层增长,一直扔到第49层。

如果第一枚鸡蛋在50层没碎了,则继续使用二分法,在剩余楼层的一半(75层)往下扔......

这个方法在最坏情况下,需要尝试50次。

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方法二:平方根法


如何让第一枚鸡蛋和第二枚鸡蛋的尝试次数,尽可能均衡呢?

很简单,做一个平方根运算,100的平方根是10。

因此,我们尝试每10层扔一次,第一次从10层扔,第二次从20层扔,第三次从30层......一直扔到100层。

这样的最好情况是在第10层碎掉,尝试次数为 1 + 9 = 10次。

最坏的情况是在第100层碎掉,尝试次数为 10 + 9 = 19次。

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不过,这里有一个小小的优化点,我们可以从15层开始扔,接下来从25层、35层扔......一直到95层。

这样最坏情况是在第95层碎掉,尝试次数为 9 + 9 = 18次。

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假设最优的尝试次数的x次,为什么第一次扔就要选择第x层呢?

这里的解释会有些烧脑,请小伙伴们坐稳扶好:

假设第一次扔在第x+1层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x层。

这样一来,我们总共尝试了x+1次,和假设尝试x次相悖。由此可见,第一次扔的楼层必须小于x+1层。

假设第一次扔在第x-1层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x-2层。

这样一来,我们总共尝试了x-2+1 = x-1次,虽然没有超出假设次数,但似乎有些过于保守。

假设第一次扔在第x层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x-1层。

这样一来,我们总共尝试了x-1+1 = x次,刚刚好没有超出假设次数。

因此,要想尽量楼层跨度大一些,又要保证不超过假设的尝试次数x,那么第一次扔鸡蛋的最优选择就是第x层。

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方法三:解方程法


x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 = 100

这个方程式不难理解:

左边的多项式是各次扔鸡蛋的楼层跨度之和。由于假设尝试x次,所以这个多项式共有x项。

右边是总的楼层数100。

下面我们来解这个方程:

x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 = 100  转化为

(x+1)*x/2 = 100

最终x向上取整,得到 x = 14

因此,最优解在最坏情况的尝试次数是14次,第一次扔鸡蛋的楼层也是14层。

最后,让我们把第一个鸡蛋没碎的情况下,所尝试的楼层数完整列举出来:

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

举个栗子验证下:

假如鸡蛋不会碎的临界点是65层,那么第一个鸡蛋扔出的楼层是14,27,50,60,69。这时候啪的一声碎了。

第二个鸡蛋继续,从61层开始,61,62,63,64,65,66,啪的一声碎了。

因此得到不会碎的临界点65层,总尝试次数是 6 + 6 = 12 < 14 。

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首先,题目提到只有“两个鸡蛋” “两个鸡蛋” “两个鸡蛋”,要知道第一个鸡蛋用来试错的, 只要它从 k 层楼扔下去没碎, 则目标就在[k+1, 100]之间了.
但一旦运气不好碎了, 对于已知的区间, 我们只能用剩下一个鸡蛋从小到大一层层试,
因为我们要保证策略必须成功, 不能冒险了.

"最坏情况下代价最小"这句话十分重要, 它反映了题目的重要数学结构:
我们可以把任何一种策略都看成一个决策树,
每一次扔鸡蛋都会有两个子节点, 对应碎与不碎的情况下下一步应该扔的楼层.
那么, 策略的一次执行, 是树中的一条从根往下走的路,
当且仅当这条路上出现过形如 k 没碎 与 k+1 碎了的一对节点时, 路停止, 当前节点不再扩展.
那么要找的是这么一棵树, 使得所有路里最长者尽量短, 也即, 要找一个最矮的决策树.

基于数学方程的方法(通俗版)

假设最少尝试次数为x,那么,第一个鸡蛋必须要从第x层扔下,因为:如果碎了,前面还有x - 1层楼可以尝试,如果没碎,后面还有x-1次机会。

如果没碎,第一个鸡蛋,第二次就可以从x +x - 1)层进行尝试,为什么是加上x - 1,因为,当此时,第一个鸡蛋碎了,第二个鸡蛋还有可以从x+1 到 x + (x - 1) - 1层进行尝试,有(x+1)+(x + (x - 1) - 1)+1=x - 2次。如果还没碎,那第一个鸡蛋,第三次从 x + (x - 1) + (x - 2)层尝试。碎或者没碎,都有x - 3次尝试机会,依次类推。那么,x次的最少尝试,可以确定的最高的楼层是多少呢? x + (x - 1) + (x - 2) + … + 1 = x(x+1) / 2 那反过来问,当最高楼层是100层,最少需要多少次呢?x(x+1)/2 >= 100, 得到x>=14,最少要尝试14次。

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题目:扔鸡蛋问题


有2个鸡蛋,从100层楼上往下扔,以此来测试鸡蛋的硬度。比如鸡蛋在第9层没有摔碎,在第10层摔碎了,那么鸡蛋不会摔碎的临界点就是9层。

问:如何用最少的尝试次数,测试出鸡蛋不会摔碎的临界点?

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举个栗子,最笨的测试方法,是什么样的呢?把其中一个鸡蛋,从第1层开始往下扔。如果在第1层没碎,换到第2层扔;如果在第2层没碎,换到第3层扔.......如果第59层没碎,换到第60层扔;如果第60层碎了,说明不会摔碎的临界点是第59层。

在最坏情况下,这个方法需要扔100次。

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方法一:二分法


采用类似于二分查找的方法,把鸡蛋从一半楼层(50层)往下扔。

如果第一枚鸡蛋,在50层碎了,第二枚鸡蛋,就从第1层开始扔,一层一层增长,一直扔到第49层。

如果第一枚鸡蛋在50层没碎了,则继续使用二分法,在剩余楼层的一半(75层)往下扔......

这个方法在最坏情况下,需要尝试50次。

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方法二:平方根法


如何让第一枚鸡蛋和第二枚鸡蛋的尝试次数,尽可能均衡呢?

很简单,做一个平方根运算,100的平方根是10。

因此,我们尝试每10层扔一次,第一次从10层扔,第二次从20层扔,第三次从30层......一直扔到100层。

这样的最好情况是在第10层碎掉,尝试次数为 1 + 9 = 10次。

最坏的情况是在第100层碎掉,尝试次数为 10 + 9 = 19次。

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不过,这里有一个小小的优化点,我们可以从15层开始扔,接下来从25层、35层扔......一直到95层。

这样最坏情况是在第95层碎掉,尝试次数为 9 + 9 = 18次。

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假设最优的尝试次数的x次,为什么第一次扔就要选择第x层呢?

这里的解释会有些烧脑,请小伙伴们坐稳扶好:

假设第一次扔在第x+1层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x层。

这样一来,我们总共尝试了x+1次,和假设尝试x次相悖。由此可见,第一次扔的楼层必须小于x+1层。

假设第一次扔在第x-1层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x-2层。

这样一来,我们总共尝试了x-2+1 = x-1次,虽然没有超出假设次数,但似乎有些过于保守。

假设第一次扔在第x层:

如果第一个鸡蛋碎了,那么第二个鸡蛋只能从第1层开始一层一层扔,一直扔到第x-1层。

这样一来,我们总共尝试了x-1+1 = x次,刚刚好没有超出假设次数。

因此,要想尽量楼层跨度大一些,又要保证不超过假设的尝试次数x,那么第一次扔鸡蛋的最优选择就是第x层。

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方法三:解方程法


x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 = 100

这个方程式不难理解:

左边的多项式是各次扔鸡蛋的楼层跨度之和。由于假设尝试x次,所以这个多项式共有x项。

右边是总的楼层数100。

下面我们来解这个方程:

x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 = 100  转化为

(x+1)*x/2 = 100

最终x向上取整,得到 x = 14

因此,最优解在最坏情况的尝试次数是14次,第一次扔鸡蛋的楼层也是14层。

最后,让我们把第一个鸡蛋没碎的情况下,所尝试的楼层数完整列举出来:

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

举个栗子验证下:

假如鸡蛋不会碎的临界点是65层,那么第一个鸡蛋扔出的楼层是14,27,50,60,69。这时候啪的一声碎了。

第二个鸡蛋继续,从61层开始,61,62,63,64,65,66,啪的一声碎了。

因此得到不会碎的临界点65层,总尝试次数是 6 + 6 = 12 < 14 。

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首先,题目提到只有“两个鸡蛋” “两个鸡蛋” “两个鸡蛋”,要知道第一个鸡蛋用来试错的, 只要它从 k 层楼扔下去没碎, 则目标就在[k+1, 100]之间了.
但一旦运气不好碎了, 对于已知的区间, 我们只能用剩下一个鸡蛋从小到大一层层试,
因为我们要保证策略必须成功, 不能冒险了.

"最坏情况下代价最小"这句话十分重要, 它反映了题目的重要数学结构:
我们可以把任何一种策略都看成一个决策树,
每一次扔鸡蛋都会有两个子节点, 对应碎与不碎的情况下下一步应该扔的楼层.
那么, 策略的一次执行, 是树中的一条从根往下走的路,
当且仅当这条路上出现过形如 k 没碎 与 k+1 碎了的一对节点时, 路停止, 当前节点不再扩展.
那么要找的是这么一棵树, 使得所有路里最长者尽量短, 也即, 要找一个最矮的决策树.

基于数学方程的方法(通俗版)

假设最少尝试次数为x,那么,第一个鸡蛋必须要从第x层扔下,因为:如果碎了,前面还有x - 1层楼可以尝试,如果没碎,后面还有x-1次机会。

如果没碎,第一个鸡蛋,第二次就可以从x +x - 1)层进行尝试,为什么是加上x - 1,因为,当此时,第一个鸡蛋碎了,第二个鸡蛋还有可以从x+1 到 x + (x - 1) - 1层进行尝试,有(x+1)+(x + (x - 1) - 1)+1=x - 2次。如果还没碎,那第一个鸡蛋,第三次从 x + (x - 1) + (x - 2)层尝试。碎或者没碎,都有x - 3次尝试机会,依次类推。那么,x次的最少尝试,可以确定的最高的楼层是多少呢? x + (x - 1) + (x - 2) + … + 1 = x(x+1) / 2 那反过来问,当最高楼层是100层,最少需要多少次呢?x(x+1)/2 >= 100, 得到x>=14,最少要尝试14次。

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