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100层楼2个鸡蛋,如何得知鸡蛋能承受几层的撞击

时间:08-20来源:作者:点击数:

有一栋楼共100层,一个鸡蛋从第N层及以上的楼层落下来会摔破, 在第N层以下的楼层落下不会摔破。给你2个鸡蛋,设计方案找出N,并且保证在最坏情况下, 最小化鸡蛋下落的次数。

我们先假设最坏情况下,鸡蛋下落次数为x,即我们为了找出N,一共用鸡蛋做了x次的实验。 那么,我们第一次应该在哪层楼往下扔鸡蛋呢?先让我们假设第一次是在第y层楼扔的鸡蛋, 如果第一个鸡蛋在第一次扔就碎了,我们就只剩下一个鸡蛋,要用它准确地找出N, 只能从第一层向上,一层一层的往上测试,直到它摔坏为止,答案就出来了。 由于第一个鸡蛋在第y层就摔破了, 所以最坏的情况是第二个鸡蛋要把第1到第y-1层的楼都测试一遍,最后得出结果, 噢,原来鸡蛋在第y-1层才能摔破(或是在第y-1层仍没摔破,答案就是第y层。) 这样一来测试次数是1+(y-1)=x,即第一次测试要在第x层。OK, 那如果第一次测试鸡蛋没摔破呢,那N肯定要比x大,要继续往上找,需要在哪一层扔呢? 我们可以模仿前面的操作,如果第一个鸡蛋在第二次测试中摔破了, 那么第二个鸡蛋的测试次数就只剩下x-2次了(第一个鸡蛋已经用了2次)。 这样一来,第二次扔鸡蛋的楼层和第一次扔鸡蛋的楼层之间就隔着x-2层。 我们再回过头来看一看,第一次扔鸡蛋的楼层在第x层,第1层到第x层间共x层; 第1次扔鸡蛋的楼层到第2次扔鸡蛋的楼层间共有x-1层(包含第2次扔鸡蛋的那一层), 同理继续往下,我们可以得出,第2次扔鸡蛋的楼层到第3次扔鸡蛋的楼层间共有x-2层, ……最后把这些互不包含的区间数加起来,应该大于等于总共的楼层数量100,即

x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 >= 100
(x+1)*x/2 >= 100

得出答案是14。

即我先用第1个鸡蛋在以下序列表示的楼层数不断地向上测试,直到它摔破。 再用第2个鸡蛋从上一个没摔破的序列数的下一层开始,向上测试, 即可保证在最坏情况下也只需要测试14次,就能用2个鸡蛋找出从哪一层开始, 往下扔鸡蛋,鸡蛋就会摔破。

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

比如,我第1个鸡蛋是在第77层摔破的,那么我第2个鸡蛋就从第70层开始,向上测试, 第二个鸡蛋最多只需要测试7次(70,71,72,73,74,75,76),加上第1个鸡蛋测试的 7次(14,27,39,50,60,69,77),最坏情况只需要测试14次即可得出答案。

这个问题还有一个泛化的版本,即d层楼,e个鸡蛋,然后设计方案找出N, 使最坏情况下测试的次数最少。这个要用动态规划(DP)来解。

f[d][e]表示d层楼,e个鸡蛋时,最坏情况下的测试次数,则:

f[d][e]=min{max(f[d-i][e]+1,f[i-1][e-1]+1)},i=1,2,...,d;

f[k][1]=k,0<=k<=d,f[0][0...e]=0;

实现代码如下:

int min_testnumber(int d, int e)  
{  
        int **f=new int *[d+1];  
        int i,j,k;  
        for(i=0;i<=d;i++)  
            f[i]=new int[e+1];  
        for(i=0;i<=d;i++)  
            f[i][1]=i;  
        for(i=0;i<=e;i++)  
            f[0][e]=0;  
        for(i=1;i<=e;i++)  
        {  
            for(j=1;j<=d;j++)  
            {  
                int tmp;  
                int min_test=0x7FFFFFFF;  
                for(k=1;k<=j;k++)  
                {  
                    tmp=f[j-k][i]+1>f[k-1][i-1]+1?f[j-k][i]+1:f[k-1][i-1]+1;  
                    if(tmp>min_test)  
                        min_test=tmp;  
                }  
                f[j][i]=min_test;  
            }  
       }  
       return f[d][e];  
}

两个软硬程度一样但未知的鸡蛋,它们有可能都在一楼就摔碎,也可能从一百层楼摔下来没事。

有座100层的建筑,要你用这两个鸡蛋确定哪一层是鸡蛋可以安全落下的最高位置。可以摔碎两个鸡蛋。

最少需要几次测试,才能得到摔碎鸡蛋的楼层?方案如何?

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对于这个问题,如果从编程角度而言,最简单的思路是用动态规划的思想来解决,不过本文不将其从编程角度分析,而是从数学角度对问题进行论述。

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对这个问题,原始问题——【100层楼,最少需要几次测试,才能得到摔碎鸡蛋的楼层】,直接考虑不容易考虑,但是,如果将这个问题进行一种等价的转换,这个问题将会变得非常容易解答。个人认为,这个转换是解决这个问题的核心,这个转换是:

转换问题——【两个鸡蛋,进行k次测试,最多可以测试几层楼】

如果大家能想到将“原始问题”变为“转换问题”,这个问题个人认为已经解决一半了,转换后,这个问题豁然开朗,思路全开。

现在我们以“转换问题”为模板进行考虑,有两个鸡蛋,第一个鸡蛋如果破碎,第二个鸡蛋就必须只能一层一层的测试了,而且,我们要求进行k次测试就将摔碎鸡蛋的楼层必须找到.

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考虑第一次测试。第一次测试的时候,第一个鸡蛋不能放置的楼层太高了,否则,如果第一个鸡蛋破碎,第二个鸡蛋可能不能在k次测试后得到结果。但是也不能放置的矮了,因为如果放置的矮了,第一个鸡蛋破碎了还好说,如果没破,我们浪费了一次测试机会,也不能说是完全浪费了,不过至少是让效用没有最大化。所以,第一次测试的时候必须让第一个鸡蛋放置的不高不矮。

不高不矮是多高?高到如果第一个鸡蛋破碎后第二个鸡蛋刚好能完成k次测试得到结果这个目标。由此可知,第一次测试所在的楼层高度为k,如果第一次测试第一枚鸡蛋破碎,则剩下k-1层楼,一层一层的试,k次一定能完成目标。

如果第一次测试,第一枚鸡蛋没有破碎,则我们现在只有k-1次测试机会了,而且直到了k楼及其以下都是安全的了。我们消耗了一次测试机会,但是一次就测试了k层楼。

然后只有k-1次机会了,第二次测试,我们可以在k层的基础上再增加k-1层了,注意,这个时候由于我们只有k-1次机会,所以这次只能再增加k-1层,以保证测试的时候第一枚鸡蛋破碎的情况下仍然能完成任务。

于是,重复上述过程,直到最后一次机会,我们总共测试的楼层数为:

然后,再回到“原始问题”,100层楼,如果需要k次测试才能测试完成,则必须有

则可以得到,k≥14

也就是需要14次测试才能得到结果,而且这个过程也将测试方案一并得出来,就是第一次在14楼测试,如果第一枚蛋碎,则剩余13次机会,13层未知楼层,恰好,第二次在14+13=27楼测试,如此。

如果不是100层,而是N层,需要的测试次数为k,则有

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然后,这个问题这个时候还可以扩展了,如果我们有三个鸡蛋,有k次机会,我们最大可以测试多少层楼?

思路同前面一样,第一次测试,不能太高也能太矮,必须恰到好处,也就是第一枚鸡蛋如果破碎,剩余k-1次机会能将剩余楼层给测试完。

由上面结论,k-1次机会最多可以测试k(k-1)/2层楼,所以第一次在k(k-1)/2+1层楼,第一次如果第一枚鸡蛋不碎,第二次在此基础上增加(k-1)(k-2)/2+1层楼,于是,三个鸡蛋k次机会总共测试楼层数为

k=9.

至于四个鸡蛋,五个鸡蛋,以至于M个鸡蛋,可以以此类推,方法同上。

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