重新開始戰鬥03 程式設計之美 買書問題

2021-06-21 02:30:26 字數 3138 閱讀 1053

問題描述:

由於《哈利波特》系列相當暢銷,店長決定通過**活動來回饋讀者。上櫃的《哈利波特》瓶裝本系列中,一共有5卷。假設每一捲單獨銷售均需8歐元。如果讀者一次購買不同的兩卷,就可以扣除5%的費用,三卷更多。具體的折扣如下:

本數                     折扣

2                         5%

3                         10%

4                         20%

5                         25%

每本書只能享受一種折扣。例如買5本不同的書,可以享受折扣25%,也可以享受(5%+10%),或者(0+20%),甚至只要你願意,可以享受0折扣(分開買....);有如買了3本1卷,2本2卷,不能享受25%的折扣,因為上述的折扣只是針對不同的卷冊時才行。

問題是,如何進行買書花費最少(根據要買的書,進行折扣的組合,時折扣最大)?

書上列出了乙個10本書以內的表。發現5+3組合小於4+4的組合,由於這樣的情況出現,使得我們不能用傳統的貪心演算法解決該問題(每次貪心25%折扣)。

結合書的講解,以及自己的思考,提出下面的演算法:

傳統的貪心演算法:首先每本書的**一樣,那麼意思就是買(1,1,3,2,1)與買(1,1,1,2,3)或者(3,2,1,1,1)沒有區別。因此我們按降序排序(為了方便我們的貪心,因為5本不同的情況必然小於4本不同,4本不同又小於3本不同……)。

按降序排序後,我們要買書的情況為:

(y1,y2,y3,y4,y5)                                   (y1≥y2≥y3≥y4≥y5)

傳統貪心,貪心區域性最優——總是選擇25%的折扣,如果沒有5本不一樣,則選擇次大的20%,如果沒有4本不一樣的,選擇10%,……

因此:剩餘

第一次選擇:y5次5本不同:    y5*(1,1,1,1,1)   (y1-y5,y2-y5,y3-y5,y4-y5,0)

第二次選擇:y4-y5次4本不同:y4-y5*(1,1,1,1,0) (y1-y4,y2-y4,y3-y4,0,0)

第三次選擇:y3-y4次3本不同:y3-y4*(1,1,1,0,0) (y1-y3,y2-y3,0,0,0)

第三次選擇:y2-y3次3本不同:y2-y3*(1,1,0,0,0) (y1-y2,0,0,0,0)

但是4+4的組合大於5+3,因此我們不能這麼簡單的貪心。應該是把k次5本不同與k次3本不同轉化為2k次4本不同,由此,結合上面的傳統貪心,就應該以y5與y3-y4的最小者為k,那麼本來y4-y5次4本不同就變成了y4-y5+2k次,其他不變。我也根據這樣的貪心策略寫出了程式,核心**如下:

double minprice(int *book,int n)

shellsort(book,n);                                    // 採用希爾排序使輸入排序

intmin = (book[5] < book[3] - book[4])?book[5]:(book[3] - book[4]); // 找到k

doubleminprice;

minprice= 8*5*0.25*(book[5]-min) +

8*4*0.2*(book[4]-book[5]+2*min)+

8*3*0.1*(book[3]-book[4]-min)+

8*2*0.05*(book[2]-book[3]);

intsum = 0;

for(inti = 1; i < 6; i++)

sum+= book[i];

returnsum*8 - minprice;

輸出結果:

答案和書上的結果一樣,起組合形式4+4+4+4+4+2+1,這種組合的結果就是151.2。但是書上沒有給出證明,即5+3轉換為4+4總是最優的。

我嘗試證明一下:

假設我們一共買x本書,暫且不考慮x本的分布。如果這x本書中存在(2,2,2,1,1)的組合,那麼,一定存在5+3的組合,即(1,1,1,1,1)與(1,1,1,0,0)。

但是對於(1,1,1,1,1)與(1,1,1,0,0),一定可以分為(1,1,1,1,0)與(1,1,1,1,0),即4+4組合。因此不管是採用5+3還是4+4,總是剩下x-8本書,而且,這x-8本書的分布一定是一樣的,因為不管是(1,1,1,1,1)與(1,1,1,0,0)還是(1,1,1,1,0)與(1,1,1,1,0),都是減少了(2,2,2,1,1)。

因此0.35+f(x-8)max

< 0.4+f(x-8)max

問題的關鍵在於不管是5+3與4+4之間的轉換,始終不會破壞剩餘書本的分布。

結論:5+3轉換為4+4總是最優!

動態規劃

要用動態規劃解答首先要找到,動態規劃的遞迴公式,因為動態規劃是自頂向下層層遞迴,然後自底向下層層解答!最後根據底層結論求解最後結果。

五卷書的**相同都是8歐元,所以購買(1,0,0,0,0)跟(0,1,0,0,0)效果一樣。這裡就可以簡化為,讓所購買書按照本書遞增(遞減),從而方便討論。

要處理的引數為購買每種卷的個數,所以遞迴一定跟這五個引數相關。可以把引數按照從小到大順序排列。討論不為0的引數的個數,從而求出所有可能的折扣種類。然後從當前折扣種類中取**最小值。

(x1,x2,x3,x4,x5)代表購買每卷的個數,f(x1,x2,x3,x4,x5)代表最低**。x1< x2 < x3 < x4 < x5

f(x1,x2,x3,x4,x5)=0  ;當所有引數都為0的情況(這也是退出遞迴的出口)

f(x1,x2,x3,x4,x5)= min{

5*8*(1-25%) +f(x1-1,x2-1,x3-1,x4-1,x5-1) //引數全部  > 0

4*8*(1-20%) +f(x1,x2-1,x3-1,x4-1,x5-1)   //x2 > 0

3*8*(1-10%) +f(x1,x2,x3-1,x4-1,x5-1)        //x3> 0

2*8*(1-5%) +f(x1,x2,x3,x4-1,x5-1)             //x4> 0

8 +f(x1,x2,x3,x4,x5-1)                                  //x5> 0

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