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@sing1ee
Created October 13, 2013 16:25
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###最大乘积分析

####原题 一根绳子,长度为n米。将其切成几段,每一段的长度都是整数。请给出一种切法,使得切成的各段绳子之间的乘积是最大的。注意,最少要切一下的。 ####分析 这个题目如何一步一步的分析呢?不管切几段,总有第一段,第二段…等等。第一段的长度有哪些选择呢?可以是1、2、3...一直到n-1(至少要切一下),我们用max_prod(n)表示长度为n的绳子的切法中,乘积最大的值。那么:

  1. 当第一段长度为1时,最大的乘积为:max(1×max_prod(n-1), 1×(n-1))
  2. 当第一段长度为2时,最大的乘积为:max(2×max_prod(n-2), 2×(n-2))
  3. 当第一段长度为n-1时,最大的乘积为:(n-1)*1=n-1

上面为什么是取max呢?注意,题目中的要求,至少是要切一下的。这样,从上面的分析中得出,递归的表达式,设第一段绳子的长度为i,取值范围为[1,n-1],则,对于每一个i,有最大乘积为:max(i×(n-i),i×max_prod(n-i))。然后对所有的i,求的最大值,就是最终的答案。

这个题目到这里完了么?看过我们以前分析的同学,很快就能想到,进而查看,这些子问题中是否有重复的,如果有,则可以采用动态规划的方法进行算法改进。而查看是否有重复递归子问题,一个比较好的方法,就是在纸上画出递归树,然后是否有重复的递归子问题。就一目了然了。这个题目是比较明显的,同学们可以尝试自己在纸上画画,练习一下。

既然,我们已经明确了重复的递归子问题,然后呢?相信专门学习过动态规划专题的同学,都会记得这样的一句话:“自顶向下的分析问题,自底向上的解决问题”,大概类似,可能并不是原话。自底向上解决问题的意思就是先解决小问题,然后依据这些小问题的结果,再解决一批问题,依次直至解决整个问题:

  1. 当绳子的长度为1的时候,忽略,不能切
  2. 当绳子的长度为2的时候,切一刀,max_prod[2]=1×1
  3. 当绳子的长度为3的时候,切一刀,max_prod[3]=1×2
  4. 当绳子的长度为4的时候,依赖前面每一个长度的切法,并且,第一个长度从2开始。

这个,状态转移方程可以表示为:max_prod[i]=max((i-j)×j, j×max_prod[i-j]),其中j的范围是[1,i/2]。显然,动态规划方法的时间复杂度为O(n^2),空间复杂度为O(n)。

这个问题,到这里,已经挺不错的。不过,还没完,这个题目是有更加巧妙的方法的。在微博上,有的同学给出了如下的方法:只需要将长度n表示为3x+2y=n,并且3尽可能的多,这样的3^x+2^y是最大的。不得不赞叹,这确实是一个很巧妙的方法。大家可以通过例子,验证几个。为什么只有3和2呢?长度为4的,就是2×2,5以上的,都可以分解为3x+2y,并且3^x+2^y>5以上的数字。这个题目要求是整数,如果取消这个限制呢?拓展思路,举一反三,请大家多多思考。

【分析完毕】

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ghost commented Sep 14, 2014

对于一个数而言,分成两部分的乘积,应该是从中间开始划分,会保证这两个数的乘积最大。问题是否可以化解成分治的情况。还是看Code吧,这个想法和化解成2,3的乘积类似。

unsigned int solve(unsigned int n)
{
    unsigned int helper(unsigned int);
    if(n <= 3)
        return n - 1;

    return helper(n);
}

unsigned int helper(unsigned int n)
{
    if(n <= 4)
        return n;

    unsigned int l = n/2, r = n/2;

    if(n%2) r += 1;

    return helper(l) * helper(r);
}

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