7、以下是计算xm的值的过程
int power ( x, m ) {//计算xm的值并返回。
y=( 1 );i=m; While(i- - >0) y=y*x; (return y) ; }
四、问答题
1.用计算机求解问题的步骤:
1、问题分析2、数学模型建立3、算法设计与选择4、算法指标5、算法分析6、算法实现7、程序调试8、结果整理文档编制 2. 算法定义:
算法是指在解决问题时,按照某种机械步骤一定可以得到问题结果的处理过程
3.算法的三要素
1、操作2、控制结构3、数据结构
4. 算法具有以下5个属性:
有穷性:一个算法必须总是在执行有穷步之后结束,且每一步都在有穷时间内完成。
确定性:算法中每一条指令必须有确切的含义。不存在二义性。只有一个入口和一个出口
可行性:一个算法是可行的就是算法描述的操作是可以通过已经实现的基本运算执行有限次来实现的。
输入:一个算法有零个或多个输入,这些输入取自于某个特定对象的集合。 输出:一个算法有一个或多个输出,这些输出同输入有着某些特定关系的量。
5. 算法设计的质量指标:
正确性:算法应满足具体问题的需求;
可读性:算法应该好读,以有利于读者对程序的理解;
健壮性:算法应具有容错处理,当输入为非法数据时,算法应对其作出反应,而不是产生莫名其妙的输出结果。
效率与存储量需求:效率指的是算法执行的时间;存储量需求指算法执行过程中所需要的最大存储空间。一般这两者与问题的规模有关。
经常采用的算法主要有迭代法、分治法、贪婪法、动态规划法、回溯法、分支限界法
6. 迭代法:
也称“辗转法”,是一种不断用变量的旧值递推出新值的解决问题的方法。 7.利用迭代算法解决问题,需要做好以下三个方面的工作:
1)、确定迭代模型。在可以用迭代算法解决的问题中,至少存在一个直接或间接地不断由旧值递推出新值的变量,这个变量就是迭代变量。
2)、建立迭代关系式。所谓迭代关系式,指如何从变量的前一个值推出其下一个值的公式(或关系)。迭代关系式的建立是解决迭代问题的关键,通常可以使用递推或倒推的方法来完成。
3)、对迭代过程进行控制。在什么时候结束迭代过程?这是编写迭代程序必须考虑的问题。不能让迭代过程无休止地重复执行下去。迭代过程的控制通常可分为两种情况:一种是所需的迭代次数是个确定的值,可以计算出来;另一种是所需的迭代次数无法确定。对于前一种情况,可以构建一个固定次数的循环来实现对迭代过程的控制;对于后一种情况,需要进一步分析出用来结束迭代过程的条件。
8.分治法的基本思想是:
将一个规模为n的问题分解为k个规模较小的子问题,这些子问题互相独立且与原问题相同。递归地解这些子问题,然后将各个子问题的解合并得到原问题
的解。
9.分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征:
(1)该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决; (2)该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题,即该问题具有最优子结构性质;
(3)利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解; (4)该问题所分解出的各个子问题是相互独立的,即子问题之间不包含公共的子子问题。
10、分治法的基本步骤
分治法在每一层递归上都有三个步骤:
(1)分解:将原问题分解为若干个规模较小,相互独立,与原问题形式相同的子问题;
(2)解决:若子问题规模较小而容易被解决则直接解,否则递归地解各个子问题;
(3)合并:将各个子问题的解合并为原问题的解。
11. 动态规划的基本思想
前文主要介绍了动态规划的一些理论依据,我们将前文所说的具有明显的阶段划分和状态转移方程的动态规划称为标准动态规划,这种标准动态规划是在研究多阶段决策问题时推导出来的,具有严格的数学形式,适合用于理论上的分析。在实际应用中,许多问题的阶段划分并不明显,这时如果刻意地划分阶段法反而麻烦。一般来说,只要该问题可以划分成规模更小的子问题,并且原问题的最优解中包含了子问题的最优解(即满足最优子化原理),则可以考虑用动态规划解决。
动态规划的实质是分治思想和解决冗余,因此,动态规划是一种将问题实例分解为更小的、相似的子问题,并存储子问题的解而避免计算重复的子问题,以解决最优化问题的算法策略。
由此可知,动态规划法与分治法和贪心法类似,它们都是将问题实例归纳为更小的、相似的子问题,并通过求解子问题产生一个全局最优解。
贪心法的当前选择可能要依赖已经作出的所有选择,但不依赖于有待于做出的选择和子问题。因此贪心法自顶向下,一步一步地作出贪心选择;
而分治法中的各个子问题是独立的(即不包含公共的子问题),因此一旦递归地求出各子问题的解后,便可自下而上地将子问题的解合并成问题的解。
不足之处:如果当前选择可能要依赖子问题的解时,则难以通过局部的贪心策略达到全局最优解;如果各子问题是不独立的,则分治法要做许多不必要的工作,重复地解公共的子问题。
解决上述问题的办法是利用动态规划。该方法主要应用于最优化问题,这类问题会有多种可能的解,每个解都有一个值,而动态规划找出其中最优(最大或最小)值的解。若存在若干个取最优值的解的话,它只取其中的一个。在求解过程中,该方法也是通过求解局部子问题的解达到全局最优解,但与分治法和贪心法不同的是,动态规划允许这些子问题不独立,(亦即各子问题可包含公共的子问题)也允许其通过自身子问题的解作出选择,该方法对每一个子问题只解一次,并将结果保存起来,避免每次碰到时都要重复计算。
因此,动态规划法所针对的问题有一个显著的特征,即它所对应的子问题树中的子问题呈现大量的重复。动态规划法的关键就在于,对于重复出现的子问题,只在第一次遇到时加以求解,并把答案保存起来,让以后再遇到时直接引用,不必重新求解。
12、动态规划算法的基本步骤
设计一个标准的动态规划算法,通常可按以下几个步骤进行:
(1)划分阶段:按照问题的时间或空间特征,把问题分为若干个阶段。注意这若干个阶段一定要是有序的或者是可排序的(即无后向性),否则问题就无法用动态规划求解。
(2)选择状态:将问题发展到各个阶段时所处于的各种客观情况用不同的状态表示出来。当然,状态的选择要满足无后效性。
(3)确定决策并写出状态转移方程:之所以把这两步放在一起,是因为决策和状态转移有着天然的联系,状态转移就是根据上一阶段的状态和决策来导出本阶段的状态。所以,如果我们确定了决策,状态转移方程也就写出来了。但事实上,
我们常常是反过来做,根据相邻两段的各状态之间的关系来确定决策。 (4)写出规划方程(包括边界条件):动态规划的基本方程是规划方程的通用形式化表达式。
一般说来,只要阶段、状态、决策和状态转移确定了,这一步还是比较简单的。动态规划的主要难点在于理论上的设计,一旦设计完成,实现部分就会非常简单。根据动态规划的基本方程可以直接递归计算最优值,但是一般将其改为递推计算。实际应用当中经常不显式地按照上面步骤设计动态规划,而是按以下几个步骤进行:
(1)分析最优解的性质,并刻划其结构特征。 (2)递归地定义最优值。
(3)以自底向上的方式或自顶向下的记忆化方法(备忘录法)计算出最优值。 (4)根据计算最优值时得到的信息,构造一个最优解。
步骤(1)~(3)是动态规划算法的基本步骤。在只需要求出最优值的情形,步骤(4)可以省略,若需要求出问题的一个最优解,则必须执行步骤(4)。此时,在步骤(3)中计算最优值时,通常需记录更多的信息,以便在步骤(4)中,根据所记录的信息,快速地构造出一个最优解。
总结:动态规划实际上就是最优化的问题,是指将原问题的大实例等价于同一最优化问题的较小实例,自底向上的求解最小实例,并将所求解存放起来,存放的结果就是为了准备数据。与递归相比,递归是不断的调用子程序求解,是自顶向下的调用和求解。
13. 分治法与动态规划法的相同点是:
将待求解的问题分解成若干个子问题,先求解子问题,然后从这些子问题的解得到原问题的解。
两者的不同点是:适合于用动态规划法求解的问题,经分解得到的子问题往往不是互相独立的。而用分治法求解的问题,经分解得到的子问题往往是互相独立的。
14. 回溯法
回溯法也称为试探法,该方法首先暂时放弃关于问题规模大小的限制,并将