算法大师孙膑--田忌赛马(转自labuladong)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了算法大师孙膑--田忌赛马(转自labuladong)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

古人智慧

田忌赛马的故事大家应该都听说过:

田忌和齐王赛马,两人的马分上中下三等,如果同等级的马对应着比赛,田忌赢不了齐王。但是田忌遇到了孙膑,孙膑就教他用自己的下等马对齐王的上等马,再用自己的上等马对齐王的中等马,最后用自己的中等马对齐王的下等马,结果三局两胜,田忌赢了。

当然,这段历史也挺有意思的,那个讽齐王纳谏,自恋的不行的邹忌和田忌是同一时期的人,他俩后来就杠上了。不过这是题外话,我们这里就打住。

以前学到田忌赛马课文的时,我就在想,如果不是三匹马比赛,而是一百匹马比赛,孙膑还能不能合理地安排比赛的顺序,赢得齐王呢?

当时没想出什么好的点子,只觉得这里面最核心问题是要尽可能让自己占便宜,让对方吃亏。总结来说就是,打得过就打,打不过就拿自己的垃圾和对方的精锐互换。

对应算法题

最近刷到力扣第 870 题「优势洗牌」,一眼就发现这是田忌赛马问题的加强版:

给你输入两个长度相等的数组nums1nums2,请你重新组织nums1中元素的位置,使得nums1的「优势」最大化。

如果nums1[i] > nums2[i],就是说nums1在索引i上对nums2[i]有「优势」。优势最大化也就是说让你重新组织nums1,尽可能多的让nums[i] > nums2[i]

算法签名如下(C++):

vector<int> advantageCount(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {}

比如输入:

nums1 = [12,24,8,32] nums2 = [13,25,32,11]

你的算法应该返回[24,32,8,12],因为这样排列nums1的话有三个元素都有「优势」。

这就像田忌赛马的情景,nums1就是田忌的马,nums2就是齐王的马,数组中的元素就是马的战斗力,你就是孙膑,展示你真正的技术吧。

解题思路

仔细想想,这个题的解法还是有点扑朔迷离的。什么时候应该放弃抵抗去送人头,什么时候应该硬刚?这里面应该有一种算法策略来最大化「优势」。

送人头一定是迫不得已而为之的权宜之计,否则隔壁田忌就要开语音骂你菜了。只有田忌的上等马比不过齐王的上等马时,所以才会用下等马去和齐王的上等马互换。

对于比较复杂的问题,可以尝试从特殊情况考虑。

你想,谁应该去应对齐王最快的马?肯定是田忌最快的那匹马,我们简称一号选手。

如果田忌的一号选手比不过齐王的一号选手,那其他马肯定是白给了,显然这种情况肯定应该用田忌垫底的马去送人头,降低己方损失,保存实力,增加接下来比赛的胜率。

但如果田忌的一号选手能比得过齐王的一号选手,那就和齐王硬刚好了,反正这把田忌可以赢。

你也许说,这种情况下说不定田忌的二号选手也能干得过齐王的一号选手?如果可以的话,让二号选手去对决齐王的一号选手,不是更节约?

就好比,如果考 60 分就能过的话,何必考 61 分?每多考一分就亏一分,刚刚好卡在 60 分是最划算的。

这种节约的策略是没问题的,但是没有必要。这也是本题有趣的地方,需要绕个脑筋急转弯:

我们暂且把田忌的一号选手称为T1,二号选手称为T2,齐王的一号选手称为Q1

如果T2能赢Q1,你试图保存己方实力,让T2去战Q1,把T1留着是为了对付谁?

显然,你担心齐王还有战力大于T2的马,可以让T1去对付。

但是你仔细想想,现在T2已经是可以战胜Q1的了,Q1可是齐王的最快的马耶,齐王剩下的那些马里,怎么可能还有比T2更强的马?

所以,没必要节约,最后我们得出的策略就是:

将齐王和田忌的马按照战斗力排序,然后按照排名一一对比。如果田忌的马能赢,那就比赛,如果赢不了,那就换个垫底的来送人头,保存实力。

上述思路的代码逻辑如下:

int n = nums1.size();

sort(nums1.begin(),nums1.end()); // 田忌的马
sort(nums2.begin(),nums2.end()); // 齐王的马

// 从最快的马开始比
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
    if (nums1[i] > nums2[i]) {
        // 比得过,跟他比
    } else {
        // 比不过,换个垫底的来送人头
    }
}

解题代码(java和C++)

根据这个思路,我们需要对两个数组排序,但是nums2中元素的顺序不能改变因为计算结果的顺序依赖nums2的顺序,所以不能直接对nums2进行排序,而是利用其他数据结构来辅助。

同时,最终的解法还用到前文双指针技巧汇总 总结的双指针算法模板,用以处理「送人头」的情况:
java代码

int[] advantageCount(int[] nums1, int[] nums2) {
    int n = nums1.length;
    // 给 nums2 降序排序
    PriorityQueue<int[]> maxpq = new PriorityQueue<>(
        (int[] pair1, int[] pair2) -> { 
            return pair2[1] - pair1[1];
        }
    );
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        maxpq.offer(new int[]{i, nums2[i]});
    }
    // 给 nums1 升序排序
    Arrays.sort(nums1);

    // nums1[left] 是最小值,nums1[right] 是最大值
    int left = 0, right = n - 1;
    int[] res = new int[n];

    while (!maxpq.isEmpty()) {
        int[] pair = maxpq.poll();
        // maxval 是 nums2 中的最大值,i 是对应索引
        int i = pair[0], maxval = pair[1];
        if (maxval < nums1[right]) {
            // 如果 nums1[right] 能胜过 maxval,那就自己上
            res[i] = nums1[right];
            right--;
        } else {
            // 否则用最小值混一下,养精蓄锐
            res[i] = nums1[left];
            left++;
        }
    }
    return res;
}

算法的时间复杂度很好分析,也就是二叉堆和排序的复杂度O(nlogn)。

cpp代码:这一段是我自己写的,所以没有用二叉堆(我不太会),用的普通vector< pair>排序:

class Solution {
private:
    static bool cmp(pair<int,int>&a1,pair<int,int>&a2){
        return a1.first<a2.first;
    }
public:
    vector<int> advantageCount(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        int n = nums1.size();
        vector<pair<int,int>>temp;
        for(int i=0;i<nums2.size();i++){
            temp.push_back(make_pair(nums2[i],i));
        }sort(temp.begin(),temp.end(),cmp);
        sort(nums1.begin(),nums1.end());
        vector<int>res(n);int left = 0,right = n-1;
        int p = n-1;
        //left、right用于对拼最小值最大值得出答案
        while(left<=right&&p>=0){
            int maxVal = temp[p].first,index = temp[p].second;
            if (maxVal < nums1[right]) {
            // 如果 nums1[right] 能胜过 maxval,那就自己上,注意必须是大于,等于是不行的
            res[index] = nums1[right];
            right--;
        } else {
            // 否则用最小值混一下,养精蓄锐
            res[index] = nums1[left];
            left++;
        }
        p--;
    }
    return res;
    }
};

以上是关于算法大师孙膑--田忌赛马(转自labuladong)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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