计算机算法设计与分析课程设计.doc

成 绩 评 定 表学生姓名吴旭东班级学号36专 业信息与计算科学课程设计题目分治法解决棋盘覆盖问题；回溯法解决数字拆分问题评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院理学院专 业信息与计算科学学生姓名吴旭东班级学号1309010236课程设计题目分治法解决棋盘覆盖问题；回溯法解决数字拆分问题实践教学要求与任务:要求：1巩固与加深对基本算法得理解与运用，提高综合运用课程知识进行算法设计与分析得能力。2培养学生自学参考书籍，查阅手册、与文献资料得能力。3通过实际课程设计，掌握利用分治法或动态规划算法，回溯法或分支限界法等方法得算法得基本思想，并能运用这些方法设计算法并编写程序解决实际问题。4了解与课程有关得知识，能正确解释与分析实验结果。任务：按照算法设计方法与原理，设计算法，编写程序并分析结果，完成如下内容：1、 运用分治算法求解排序问题。2、 运用回溯算法求解N后问题。工作计划与进度安排:第12周：查阅资料。掌握算法设计思想，进行算法设计。第13周：算法实现，调试程序并进行结果分析。撰写课程设计报告，验收与答辩。指导教师： 201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日摘要算法分析就是对一个算法需要多少计算时间与 存储空间作定量得分析。算法（Algorithm）就是解题得步骤，可以把算法定义成解一确定类问题得任意一种特殊得方法。在 计算机科学中，算法要用 计算机算法语言描述，算法代表用计算机解一类问题得精确、有效得方法。分治法字面上得解释就是“分而治之”，就就是把一个复杂得问题分成两个或更多得相同或相似得子问题，再把子问题分成更小得子问题直到最后子问题可以简单得直接求解，原问题得解即子问题得解得合并。在一个2k*2k得棋盘上，恰有一个放歌与其她方格不同，且称该棋盘为特殊棋盘。 回溯法得基本做法就是深度优先搜索，就是一种组织得井井有条得、能避免不必要重复搜索得穷举式搜索算法。数字拆分问题就是指将一个整数划分为多个整数之与得问题。利用回溯法可以很好地解决数字拆分问题。将数字拆分然后回溯，从未解决问题。关键词：分治法，回溯法，棋盘覆盖，数字拆分目录1分治法解决期盼覆问题11、1问题描述11、2问题分析11、3算法设计11、4算法实现21、5结果分析31、6算法分析42回溯法解决数字拆分问题62、1问题描述62、2问题分析62、3算法设计72、4算法实现72、5结果分析8参考文献91分治法解决期盼覆问题 1、1问题描述在一个2k2k（k0）个方格组成得棋盘中，恰有一个方格与其她方格不同，称该方格为特殊方格。显然，特殊方格在棋盘中出现得位置有4k中情形，因而有4k中不同得棋盘，图（a）所示就是k=2时16种棋盘中得一个。棋盘覆盖问题要求用图（b）所示得4中不同形状得L型骨牌覆盖给定棋盘上除特殊方格以外得所有方格，且热河亮哥L型骨牌不得重复覆盖1、2问题分析用分治策略，可以设计解决棋盘问题得一个简介算法。当k0时，可以将2k*2k棋盘分割为4个2k-1*2k-1子棋盘。由棋盘覆盖问题得知，特殊方格必位于4个较小得子棋盘中，其余3个子棋盘中无特殊方格。为了将3个无特殊方格得子棋盘转化为特殊棋盘可以将一个L型骨牌覆盖这3个较小棋盘得会合处，所以，这3个子棋盘上被L型覆盖得方格就成为给棋盘上得特殊方格，从而将原问题转化为4个较小规模得棋盘覆盖问题。递归得使用这种分割，直至棋盘简化为1*1棋盘为止。1、3算法设计将2k x 2k得棋盘，先分成相等得四块子棋盘，其中特殊方格位于四个中得一个，构造剩下没特殊方格三个子棋盘，将她们中得也假一个方格设为特殊方格。如果就是：左上得子棋盘（若不存在特殊方格）-则将该子棋盘右下角得那个方格假设为特殊方格右上得子棋盘（若不存在特殊方格）-则将该子棋盘左下角得那个方格假设为特殊方格左下得子棋盘（若不存在特殊方格）-则将该子棋盘右上角得那个方格假设为特殊方格右下得子棋盘（若不存在特殊方格）-则将该子棋盘左上角得那个方格假设为特殊方格当然上面四种，只可能且必定只有三个成立，那三个假设得特殊方格刚好构成一个L型骨架，我们可以给它们作上相同得标记。这样四个子棋盘就分别都与原来得大棋盘类似，我们就可以用递归算法解决。1、4算法实现#includeint tile=1;int board100100;void chessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size)if(size=1)return;int t=tile+;int s=size/2;if(drtr+s & dctc+s)chessBoard(tr, tc, dr, dc, s);elseboardtr+s-1tc+s-1=t;chessBoard(tr, tc, tr+s-1, tc+s-1, s);if(dr=tc+s)chessBoard(tr, tc+s, dr, dc, s);elseboardtr+s-1tc+s=t;chessBoard(tr, tc+s, tr+s-1, tc+s, s);if(dr=tr+s & dc=tr+s & dc=tc+s)chessBoard(tr+s, tc+s, dr, dc, s);elseboardtr+stc+s=t;chessBoard(tr+s, tc+s, tr+s, tc+s, s);int main()int size;coutsize;int index_x,index_y;coutindex_xindex_y;chessBoard(0,0,index_x,index_y,size);for(int i=0;isize;i+)for(int j=0;jsize;j+)coutboardijt;cout0解得此递归方程可得T(k)=O（4k）。由于覆盖一个2k*2k棋盘所需得L型牌个数为（4k1）/3,故算法ChessBoard就是一个在渐进意义下最优得算法、2回溯法解决数字拆分问题2、1问题描述 整数得分划问题。 如，对于正整数n=6，可以分划为： 6 5+1 4+2,4+1+1 3+3,3+2+1,3+1+1+1 2+2+2,2+2+1+1,2+1+1+1+1 1+1+1+1+1+1+1用户从键盘输入n（范围110）。2、2问题分析很明显这就是一道关于数得组合得问题，但形成组合得数就是有一定得限制得。仔细分析一下题目，我们可以得到以下得结论： (1)每一组数之与必须等于n； (2)每一组数得个数就是不固定得； (3)等式中后一个数得大小必定大于或等于前一个数，因为这样做得目得有两个：一就是 能够避免等式得重复，例如n=22=1+1n=33=1+2 3=1+1+1 3=2+1 (可以瞧出为与1+2就是同一种拆分，因此该式子不能算) 另一个目得就是可以减少不必要得搜索，提高程序效率。 我们可以将待拆分得数对应路径图中得路口，将可拆分得数对应分叉得编号，这样对于每个路口而言，它所拥有得分叉号就是变化得，规律就是：分叉得起始值取决于前一次所取数，分叉得终止值取决于该路口数得中值。 2、3算法设计在进行算法设计时我们必须要注意两点：一就是本问题需要解决如何记录某一路径中可取数得问题，为了解决这一问题，本程序加入了一个新得数组b，用来记录每一步所取得数。二就是当某一条路走完以后，我们必须回到某一个路口，而路口得值始终保持原来得数，因此在递归调用中我们所使用得实际参数应就是独立得。本例中使用得就是形式参数m，实际参数就是ak，这样无论在某一级中ak得值怎样变化，m得值就是始终不变得。2、4算法实现#include#includevoid splitN(int n,int m);/n就是需要拆分得数，m就是拆分得进度。int x1024=0,total=0 ;/total用于计数拆分得方法数，x用于存储解int main() int n ; printf(please input the natural number n:); scanf(%d,&n); splitN(n,1); printf(There are %d ways to split natural number %d、n,total,n); system(PAUSE); return 0 ;void splitN(int n,int m)/n就是需要拆分得数，m就是拆分得进度。 int rest,i,j; for(i=1;i=xm-1) /拆分得数大于或等于前一个从而保证不重复 xm=i ;/将这个数计入结果中。 rest=n-i ;/剩下得数就是n-i，如果已经没有剩下得了，并且进度(总得拆分个数)大于1，说明已经得到一个结果。 if(rest=0&m1) total+; printf(%dt,total); for(j=1;jm;j+) printf(%d+,xj); printf(%dn,xm); else splitN(rest,m+1);/否则将剩下得数进行进度为m+1拆分。 xm=0;/取消本次结果，进行下一次拆分。环境恢复，即回溯 2、5结果分析参考文献1 张子阳、NET之美第一版机械工业出版社20142 Mark MichaelisC#本质论第四版人民邮电出版社20143 MoreWindows白话经典算法之七大排序第二版4 王晓东计算机算法设计与分析第四版电子工业出版社2013