有两个序列a,b,大小都为n,序列元素的值任意整数,无序;要求:通过交换a,b中的元素,使[序列a元素的和]与[序列b元素的和]之间的差最小。
2013-01-04 20:50
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第一种解法:
以上这种解法是有缺陷的,得到的结果并不一定是全局最优值,因为:
一,题目要求的是差值最小的方案,所以交换一对数据是不能实现的。
二,最后交换一对数据无法使差值减小,但是存在同时交换两对(还有更多对)数据可以减小差值的可能。
比如:如果两个序列分别是[-3,9,10,65]和[5,6,13,55],按以上的算法这就是最优解了。可是显然[-3,5,13,65]和[6,9,10,55]更好。
所以下面给出一种能找出全局最优值的解法,使用动态规划的算法实现:
注意:如果数组中有负数的话,上面的背包策略就不能使用了(因为第三重循环中的s是作为数组的下标的,不能出现负数的),需要将数组中的所有数组都加上最小的那个负数的绝对值,将数组中的元素全部都增加一定的范围,全部转化为正数,然后再使用上面的背包策略就可以解决了。
/* *copyright@nciaebupt 转载请注明出处 *问题:有两个序列a,b,大小都为n,序列元素的值任意整数,无序; *要求:通过交换a,b中的元素,使[序列a元素的和]与[序列b元素的和]之间的差最小。 *比如 a=[100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3]; b=[1, 2, 3, 4, 5, 40];结果为48 *求解思路: *当前数组a和数组b的和之差为 *A = sum(a) - sum(b) *a的第i个元素和b的第j个元素交换后,a和b的和之差为 *A' = sum(a) - a[i] + b[j] - (sum(b) - b[j] + a[i]) * = sum(a) - sum(b) - 2 (a[i] - b[j]) * = A - 2 (a[i] - b[j]) *设x = a[i] - b[j] *所以 A' = A-2x *假设A > 0, *当x 在 (0,A)之间时,做这样的交换才能使得交换后的a和b的和之差变小, *x越接近A/2效果越好, *如果找不到在(0,A)之间的x,则当前的a和b就是答案。 *所以算法大概如下: *在a和b中寻找使得x在(0,A)之间并且最接近A/2的i和j,交换相应的i和j元素, *重新计算A后,重复前面的步骤直至找不到(0,A)之间的x为止。 */ #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <iostream> using namespace std; int sum(int a[],int len) { int res = 0; for(int i=0;i<len;++i) { res = res + a[i]; } return res; } void swap(int * a,int * b) { int tmp = *a; *a = *b; *b = tmp; } bool isXinRangeA(int x,int A) { if((x < A && x > 0) ||(x > A && x < 0)) return true; return false; } void exchangeAB(int *a, int *b,int len) { int A = sum(a,len) - sum(b,len); double min = a[0]-b[0]-A/2.0; int ii = 0; int jj = 0; int flag = 0; if(A == 0) return ; for(int i = 0;i < len;++i) { for(int j = 0;j < len;++j) { int x = a[i] - b[j]; if( x == 0) continue; if(isXinRangeA(x,A)) { double tmp = x - A/2.0; if(tmp < min) { min = tmp; flag = 1; ii = i; jj = j; cout<<"***"<<endl; } } } } if(flag == 1) { swap(&a[ii],&b[jj]); exchangeAB(a,b,len); } } int main(int args,char ** argv) { //int a[] = {100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3}; //int b[] = {1, 2, 3, 4, 5, 40}; int a[] = {-3,9,10,65}; int b[] = {5,6,13,55}; int len = sizeof(a)/sizeof(int); exchangeAB(a,b,len); //打印数组A for(int i = 0;i < len;++i) { cout<<a[i]<<" "; } cout<<endl; //打印数组B for(int j = 0;j < len;++j) { cout<<b[j]<<" "; } cout<<endl; //打印数组A的和与数组B的和的差值 cout<<abs(sum(a,len)-sum(b,len))<<endl; system("pause"); return 0; }
以上这种解法是有缺陷的,得到的结果并不一定是全局最优值,因为:
一,题目要求的是差值最小的方案,所以交换一对数据是不能实现的。
二,最后交换一对数据无法使差值减小,但是存在同时交换两对(还有更多对)数据可以减小差值的可能。
比如:如果两个序列分别是[-3,9,10,65]和[5,6,13,55],按以上的算法这就是最优解了。可是显然[-3,5,13,65]和[6,9,10,55]更好。
所以下面给出一种能找出全局最优值的解法,使用动态规划的算法实现:
/* *copyright@nciaebupt 转载请注明出处 *问题:有两个序列a,b,大小都为n,序列元素的值任意整数,无序; *要求:通过交换a,b中的元素,使[序列a元素的和]与[序列b元素的和]之间的差最小。 *比如 a=[100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3]; b=[1, 2, 3, 4, 5, 40];结果为48 *求解思路:使用动态规划的思路 * 外阶段:在前i个数中进行选择,i=1,2...2*n。 * 内阶段:从这i个数中任意选出j个数,j=1,2...i。 * 状态:这j个数的和为s,s=1,2...sum/2。 * 决策:决定这j个数的和有两种决策,一个是这j个数中包含第i个数,另一个是不包含第i个数。 * dp[k][s]表示从前k个数中取任意个数,且这些数之和为s的取法是否存在。 *在程序中我们给出S(k)的所有可能取值v和arr[k],去寻找v-arr[k]是否在S(k-1)={Vi}中, *由于S(k)的可能取值的集合的大小与k无关, *所以这样设计的动态规划算法其第k步的时间复杂度与k无关 */ #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <cstring> #include <iostream> using namespace std; #define MAXN 101 #define MAXSUM 100000 bool dp[MAXN][MAXSUM]; int c_sum(int *c,int len) { int sum = 0; for(int i = 0;i < len;++i) { sum = sum + c[i]; } return sum; } int min(int a,int b) { if(a < b) return a; else return b; } void exchangeAB(int * c,int len) { int sum = c_sum(c,2*len); memset(dp,0,sizeof(dp)); dp[0][0] = true; //外阶段i表示第i个数,内阶段j表示选取数的个数 for(int i = 1;i <= 2*len;++i)//外阶段i { for(int j = min(i,len);j >=1;--j)//内阶段j { for(int s = 1;s <= sum/2;++s)//S(k)的所有可能取值s { if((s >= c[i]) && dp[j-1][s-c[i]])//j个数中是否包含第i个数 { dp[j][s]=true; //cout<<s<<endl; } } } } int s = sum/2; for(;s>=1 && !dp[len][s];s--) ; cout<<sum - 2*s<<endl; } int main(int args,char ** argv) { //int a[] = {100 ,99 ,98 ,1 ,2 ,3}; //int b[] = {1, 2, 3, 4, 5, 40}; int a[] = {-3,9,10,65}; int b[] = {5,6,13,55}; int len = sizeof(a)/sizeof(int); //将数组a与b中的值放在数组c中 int c[MAXN]; int pos = 0; for(int i = 0;i <= len;++i) { c[i] = a[i]; pos = i; } for(int j = 0;j <= len;++j) { c[pos+j] = b[j]; } for(int i = 0;i < 2*len;++i) { cout<<c[i]<<" "; } cout<<endl; exchangeAB(c,len); system("pause"); return 0; }
注意:如果数组中有负数的话,上面的背包策略就不能使用了(因为第三重循环中的s是作为数组的下标的,不能出现负数的),需要将数组中的所有数组都加上最小的那个负数的绝对值,将数组中的元素全部都增加一定的范围,全部转化为正数,然后再使用上面的背包策略就可以解决了。
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