Pascal算法之回溯及递推详细介绍、

Posted 2023-04-23

RT、我很笨。请各位细心地教导……

参考技术A 递归 递归是计算机科学的一个重要概念,递归的方法是程序设计中有效的方法,采用递归编写程序能是程序变得简洁和清晰.2.1 递归的概念
　　 1.概念一个过程(或函数)直接或间接调用自己本身,这种过程(或函数)叫递归过程(或函数).如:procedure a; begin . . . a; . . .end;这种方式是直接调用.又如: procedure b; procedure c; begin begin . . . . . . c; b; . . . . . .end; end;这种方式是间接调用.例1计算n!可用递归公式如下: 1 当 n=0 时 fac(n)=n*fac(n-1) 当n>0时可编写程序如下:program fac2;varn:integer;function fac(n:integer):real;beginif n=0 then fac:=1 else fac:=n*fac(n-1)end;beginwrite('n=');readln(n);writeln('fac(',n,')=',fac(n):6:0);end.　例2 楼梯有n阶台阶,上楼可以一步上1阶,也可以一步上2阶,编一程序计算共有多少种不同的走法.设n阶台阶的走法数为f(n)显然有 1 n=1 f(n)=2 n=2 f(n-1)+f(n-2) n>2可编程序如下：program louti;var n:integer;function f(x:integer):integer;beginif x=1 then f:=1 elseif x=2 then f:=2 else f:=f(x-1)+f(x-2);end;beginwrite('n=');read(n);writeln('f(',n,')=',f(n))end.2.2 如何设计递归算法
1.确定递归公式2.确定边界(终了)条件练习:用递归的方法完成下列问题1.求数组中的最大数2.1+2+3+...+n3.求n个整数的积4.求n个整数的平均值5.求n个自然数的最大公约数与最小公倍数6.有一对雌雄兔,每两个月就繁殖雌雄各一对兔子.问n个月后共有多少对兔子?7.已知:数列1,1,2,4,7,13,24,44,...求数列的第 n项. 2.3典型例题例3 梵塔问题 如图:已知有三根针分别用1,2,3表示,在一号针中从小放n个盘子,现要求把所有的盘子 从1针全部移到3针,移动规则是:使用2针作为过度针,每次只移动一块盘子,且每根针上不能出现大盘压小盘.找出移动次数最小的方案. 程序如下:program fanta;varn:integer;procedure move(n,a,b,c:integer);beginif n=1 then writeln(a,'--->',c)else beginmove(n-1,a,c,b);writeln(a,'--->',c);move(n-1,b,a,c);end;end;beginwrite('Enter n=');read(n);move(n,1,2,3);end.例4 快速排序快速排序的思想是:先从数据序列中选一个元素,并将序列中所有比该元素小的元素都放到它的右边或左边,再对左右两边分别用同样的方法处之直到每一个待处理的序列的长度为1, 处理结束.程序如下:program kspv;
const n=7;
type
arr=array[1..n] of integer;
var
a:arr;
i:integer;
procedure quicksort(var b:arr; s,t:integer);
var i,j,x,t1:integer;
begin
i:=s;j:=t;x:=b[i];
repeat
while (b[j]>=x) and (j>i) do j:=j-1;
if j>i then begin t1:=b[i]; b[i]:=b[j];b[j]:=t1;end;
while (b[i]<=x) and (i<j) do i:=i+1;
if i<j then begin t1:=b[j];b[j]:=b[i];b[i]:=t1; end
until i=j;
b[i]:=x;
i:=i+1;j:=j-1;
if s<j then quicksort(b,s,j);
if i<t then quicksort(b,i,t);
end;
begin
write('input data:');
for i:=1 to n do read(a[i]);
writeln;
quicksort(a,1,n);
write('output data:');
for i:=1 to n do write(a[i]:6);
writeln;
end.练习:1.计算ackerman函数值: n+1 m=0 ack(m,n)= ack(m-1,1) m<>0 ,n=0 ack(m-1,ack(m,n-1)) m<>0,n<>0 求ack(5,4)
　　　　　　回溯 回溯是按照某种条件往前试探搜索,若前进中遭到失败,则回过头来另择通路继续搜索.3.1 回溯的设计 1.用栈保存好前进中的某些状态.2.制定好约束条件例1由键盘上输入任意n个符号;输出它的全排列.program hh;
const n=4;
var i,k:integer;
x:array[1..n] of integer;
st:string[n];
t:string[n];
procedure input;
var i:integer;
begin
write('Enter string=');readln(st);
t:=st;
end;
function place(k:integer):boolean;
var i:integer;
begin
place:=true;
for i:=1 to k-1 do
if x[i]=x[k] then
begin place:=false; break end ;
end;
procedure print;
var i:integer;
begin
for i:=1 to n do write(t[x[i]]);
writeln;
end;
begin
input;
k:=1;x[k]:=0;
while k>0 do
begin
x[k]:=x[k]+1;
while (x[k]<=n) and (not place(k)) do x[k]:=x[k]+1;
if x[k]>n then k:=k-1
else if k=n then print
else begin k:=k+1;x[k]:=0 end
end ;
end.例2.n个皇后问题:program hh;
const n=8;
var i,j,k:integer;
x:array[1..n] of integer;
function place(k:integer):boolean;
var i:integer;
begin
place:=true;
for i:=1 to k-1 do
if (x[i]=x[k]) or (abs(x[i]-x[k])=abs(i-k)) then
place:=false ;
end;
procedure print;
var i:integer;
begin
for i:=1 to n do write(x[i]:4);
writeln;
end;
begin
k:=1;x[k]:=0;
while k>0 do
begin
x[k]:=x[k]+1;
while (x[k]<=n) and (not place(k)) do x[k]:=x[k]+1;
if x[k]>n then k:=k-1
else if k=n then print
else begin k:=k+1;x[k]:=0 end
end ;end.回溯算法的公式如下:3.2 回溯算法的递归实现由于回溯算法用一栈数组实现的,用到栈一般可用递归实现。上述例1的递归方法实现如下：program hh;
const n=4;
var i,k:integer;
x:array[1..n] of integer;
st:string[n];
t:string[n];
procedure input;
var i:integer;
begin
write('Enter string=');readln(st);
t:=st;
end;
function place(k:integer):boolean;
var i:integer;
begin
place:=true;
for i:=1 to k-1 do
if x[i]=x[k] then
begin place:=false; break end ;
end;
procedure print;
var i:integer;
begin
for i:=1 to n do write(t[x[i]]);
writeln;readln;
end;
procedure try(k:integer);
var i :integer;
begin
if k=n+1 then begin print;exit end;
for i:=1 to n do
begin
x[k]:=i;
if place(k) then try(k+1)
end
end;
begin
input;
try(1);
end.例2：n皇后问题的递归算法如下：程序1：program hh;
const n=8;
var i,j,k:integer;
x:array[1..n] of integer;
function place(k:integer):boolean;
var i:integer;
begin
place:=true;
for i:=1 to k-1 do
if (x[i]=x[k]) or (abs(x[i]-x[k])=abs(i-k)) then
place:=false ;
end;
procedure print;
var i:integer;
begin
for i:=1 to n do write(x[i]:4);
writeln;
end;
procedure try(k:integer);
var i:integer;
begin
if k=n+1 then begin print; exit end;
for i:= 1 to n do
begin
x[k]:=i;
if place(k) then try(k+1);
end;
end ;
begin
try(1);
end.程序2：说明:当n=8 时有30条对角线分别用了l和r数组控制，用c数组控制列.当(i,j)点放好皇后后相应的对角线和列都为false.递归程序如下:program nhh;
const n=8;
var s,i:integer;
a:array[1..n] of byte;
c:array[1..n] of boolean;
l:array[1-n..n-1] of boolean;
r:array[2..2*n] of boolean;
procedure output;
var i:integer;
begin
for i:=1 to n do write(a[i]:4);
inc(s);writeln(' total=',s);
end;
procedure try(i:integer);
var j:integer;
begin
for j:=1 to n do
begin
if c[j] and l[i-j] and r[i+j] then
begin
a[i]:=j;c[j]:=false;l[i-j]:=false; r[i+j]:=false;
if i<n then try(i+1) else output;
c[j]:=true;l[i-j]:=true;r[i+j]:=true;
end;
end;
end;
begin
for i:=1 to n do c[i]:=true;
for i:=1-n to n-1 do l[i]:=true;
for i:=2 to 2*n do r[i]:=true;
s:=0;try(1);
writeln;
end.　练习：1.找出所有从m个元素中选取n(n<=m)元素的组合。2.设有A,B,C,D,E 5人从事j1,j2,j3,j4,j5 5项工作每人只能从事一项,它们的效益表如下:　j1j2j3j4j5A13111047B13101085C59774D151210115E1011884求最佳安排,使效益最高.3.N个数中找出M个数(从键盘上输入正整数N,M后再输入N个正数),要求从N个数中找出若干个数,使它们的和为M,把满足条件的数组找出来,并统计组数.4.地图着色。如下图12个区域用4种颜色着色要求相邻的区域着不同的颜色5.将任意一正整数(1<n<100)分解成若干正整数的和. 如:4=1+1+1+1 =2+1+1 =2+2 =3+1.　　　　　　　
　　　　　　 参考技术B 在程序编辑过程中，我们可能会遇到这样一类问题，出题者告诉你数列的前几个数，或通过计算机获取了数列的前几个数，要求编程者求出第N项数或所有的数列元素（如果可以枚举的话），或求前N项元素之和。这种从已知数据入手，寻找规则，推导出后面的数的算法，称这递推算法。 在处理递推问题时，我们有时遇到的递推关系是十分明显的，简单地写出递推关系式，就可以逐项递推，即由第i项推出第i+1项，我们称其为显示递推关系。但有的递推关系，要经过仔细观察，甚至要借助一些技巧，才能看出它们之间的关系，我们称其为隐式的递推关系。递推算法的关键是认真分析题意，发现递推关系，正确写出递推公式，求得边界条件，然后用循环实现即可。　总结1.递推算法的基本形式，是指编程者让计算机循环求得一序列数值，而后一项的计算结果是由上一项或多项推导出来的。有时，我们为求得一个数列的某一项，我们不得不从第一项开始，逐个计算前面每一项的值。虽然这样做的效率不很高，但它能帮助我们解决许多实际问题。2.无论是顺着还是逆着递推，其关键是递推公式是否正确，边界条件是否正确。二者有一个出错。则所有递推结果将都是错误的。【】 例1：已知数列1，2，5，10，17，26，37...求数列的第n项。 通过分析，我们可以发现，数列后面的数在前一项的基础上以1，3，5，7，9，11的规律增长，则可以得出增长规律的表达式为2*n-3,也就是a(1)=1,a(n)=a(n-1)+2*n-3; 还有一个规律，我们可以发现每一项依次为从0开始的自然数的平方再加1，即(n-1)2+1,第一项（1-1）2+1，第二项（2-1）2+1，第三项（3-1）2+1...　 例2:阶梯问题：题目的意思是：有N级阶梯，可以一步走上一级，也可以一步走两级，求从阶梯底走到顶端可以有多少种不同的走法。 这是一个隐式的递推关系，如果编程者不能找出这个递推关系，可能就无法做出这题来。我们来分析一下：走上第一级的方法只有一种，走上第二级的方法却有两种（两次走一级或一次走两级），走上第三级的走法，应该是走上第一级的方法和走上第二级的走法之和（因从第一级和第二级，都可以经一步走至第三级,也就是说增加的第三级有两种处理方法，第一种就是直接作为一级走一步，那么就和两级的走法一致，另一种就是与第二级合并作一步走，那么就和一级的走法一致，加起来就是一级的方法和二级的走法之和），推广到走上第i级，是走上第i-1级的走法与走上第i-2级的走法之和。很明显，这是一个菲波拉契数列。到这里，读者应能很熟练地写出这个程序。在以后的程序习题中，我们可能还会遇到菲波拉契数列变形以后的结果：如f(i)=f(i-1)+2f(i-2)，或f(i)=f(i-1)+f(i-2)+f(i-3)等。例3：猴子吃桃问题：山中住有五只猴。一天，老大看见一堆桃子，想把桃子据为已有，却担心让老二老三知道了说自己太贪心。于是将桃分成相等的两份，却发现剩余一个，于是，老大吃掉这一个以后，再带走这堆桃的二分之一。第二天，老二也看到了这堆桃，其想法和做法与老大一样，老三老四老五也和他们的兄长想到一块去了。结果等老五吃完一个，带走一半以后，这堆桃还剩余11个。请编程计算当初这堆桃共有多少个。这个下题目明眼人一看便知，我们如果按兄弟吃桃把桃的相反顺序倒推过去，就能知道当初桃子的总数。其递推的公式是a[n-1]=a[n]*2+1。递推的初始值是a[5]=11（又称边界条件），待求a[0]的值。相信现在大家能很容易就能写出正确的程序。在这里不过是想说明一下，递推算法不仅可以顺着推、也可逆着推的道理。【】回溯算法也叫试探法，它是一种系统地搜索问题的解的方法。回溯算法的基本思想是：从一条路往前走，能进则进，不能进则退回来，换一条路再试。用回溯算法解决问题的一般步骤为： 　　一、定义一个解空间，它包含问题的解。 　　二、利用适于搜索的方法组织解空间。 　　三、利用深度优先法搜索解空间。 　　四、利用限界函数避免移动到不可能产生解的子空间。 问题的解空间通常是在搜索问题的解的过程中动态产生的，这是回溯算法的一个重要特性。 　　回溯法是一个既带有系统性又带有跳跃性的的搜索算法。它在包含问题的所有解的解空间树中，按照深度优先的策略，从根结点出发搜索解空间树。算法搜索至解空间树的任一结点时，总是先判断该结点是否肯定不包含问题的解。如果肯定不包含，则跳过对以该结点为根的子树的系统搜索，逐层向其祖先结点回溯。否则，进入该子树，继续按深度优先的策略进行搜索。回溯法在用来求问题的所有解时，要回溯到根，且根结点的所有子树都已被搜索遍才结束。而回溯法在用来求问题的任一解时，只要搜索到问题的一个解就可以结束。这种以深度优先的方式系统地搜索问题的解的算法称为回溯法，它适用于解一些组合数较大的问题.[递推是学习材料，回溯是百度百科] 参考技术C 花花你做得出啊，上课不听讲 参考技术D 我坚信。。我的退出是正确的

POJ2704 HDU1208 LA3390 Pascal‘s Travels递推+记忆化搜索

Pascal’s Travels
Time Limit: 1000MS Memory Limit: 65536K
Total Submissions: 5656 Accepted: 2538

Description

An n x n game board is populated with integers, one nonnegative integer per square. The goal is to travel along any legitimate path from the upper left corner to the lower right corner of the board. The integer in any one square dictates how large a step away from that location must be. If the step size would advance travel off the game board, then a step in that particular direction is forbidden. All steps must be either to the right or toward the bottom. Note that a 0 is a dead end which prevents any further progress.

Consider the 4 x 4 board shown in Figure 1, where the solid circle identifies the start position and the dashed circle identifies the target. Figure 2 shows the three paths from the start to the target, with the irrelevant numbers in each removed.

Figure 1                               Figure 2

Input

The input contains data for one to thirty boards, followed by a final line containing only the integer -1. The data for a board starts with a line containing a single positive integer n, 4 <= n <= 34, which is the number of rows in this board. This is followed by n rows of data. Each row contains n single digits, 0-9, with no spaces between them.
Output

The output consists of one line for each board, containing a single integer, which is the number of paths from the upper left corner to the lower right corner. There will be fewer than 263 paths for any board.

Sample Input

4
2331
1213
1231
3110
4
3332
1213
1232
2120
5
11101
01111
11111
11101
11101
-1

Sample Output

3
0
7

Hint

Brute force methods examining every path will likely exceed the allotted time limit. 64-bit integer values are available as long values in Java or long long values using the contest’s C/C++ compilers.

Source

Mid-Central USA 2005

问题链接：POJ2704 HDU1208 LA3390 Pascal’s Travels
问题简述：给定一个棋盘，棋盘上的每个数字表示需要走几格，只能向下或向右走。问从左上角走到右下角有几种走法？
问题分析：一种方法是用递推实现，通常称为DP实现；另外一种方法是用DFS实现，用记忆化搜索来加快速度。
程序说明：（略）
参考链接：（略）
题记：（略）

AC的C++语言程序如下：

/* POJ2704 HDU1208 LA3390 Pascal's Travels */

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>

using namespace std;

const int N = 34;
char b[N][N + 1];
long long dp[N][N];
int n;

int main()
{
    while (~scanf("%d", &n) && n != -1) {
        getchar();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            scanf("%s", b[i]);
            for (int j = 0; j < n; j++)
                b[i][j] -= '0';
        }

        memset(dp, 0, sizeof dp);
        dp[0][0] = 1;
        for (int i = 0; i < n; i++)
            for (int j = 0; j < n; j++)
                if (b[i][j]) {
                    if (i + b[i][j] < n)
                        dp[i + b[i][j]][j] += dp[i][j];
                    if (j + b[i][j] < n)
                        dp[i][j + b[i][j]] += dp[i][j];
                }

        printf("%lld\\n", dp[n - 1][n - 1]);
    }

    return 0;
}

AC的C++语言程序如下：

/* POJ2704 HDU1208 LA3390 Pascal's Travels */

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>

using namespace std;

const int drow[] = {0, 1};
const int dcol[] = {1, 0};
const int N = 34;
char b[N][N + 1];
int vis[N][N];
long long dp[N][N];
int n;

long long dfs(int row, int col)
{
    if (row < 0 || row >= n || col < 0 || col >= n) return 0;
    if (vis[row][col]) return dp[row][col];
    vis[row][col] = 1;
    for (int i = 0; i < 2; i++)
        dp[row][col] += dfs(row + (b[row][col] - '0') * drow[i], col + (b[row][col] - '0') * dcol[i]);
    return dp[row][col];

}

int main()
{
    while (~scanf("%d", &n) && n != -1) {
        getchar();
        for (int i = 0; i < n; i++)
            scanf("%s", b[i]);

        memset(vis, 0, sizeof vis);
        memset(dp, 0, sizeof dp);
        vis[n - 1][n - 1] = 1;
        dp[n - 1][n - 1] = 1;

        printf("%lld\\n", dfs(0, 0));
    }

    return 0;
}