Комбинаторные задачи

Пример 2. Дан автобусный билет с номером, состоящим из N цифр. Расставить между цифрами знаки арифметических операций '+', '-', '*', '/' (целочисленное деление) и скобки таким образом, чтобы значение полученного выражения было равно 100. Можно образовывать многозначные числа из стоящих рядом цифр. Выражение должно быть корректным с точки зрения арифметики. Допустимы лишние скобки, не нарушающие

корректности выражения. При вычислениях используется стандартный приоритет операций, число цифр N в номере билета не больше 6. (5-ая Всероссийская олимпиада по информатике, г. Троицк, 1993 г.)

Решение. для построения универсального алгоритма решения данной задачи будем считать слияние двух соседних цифр одной из операций. Тогда между каждой парой соседних цифр может стоять одна из 5 операций. Для N цифр получаем 5N-1 различных вариантов расстановки операций. Перебирать все варианты расстановки операций удобнее всего с помощью рассмотрения всех чисел в 5-ричной системе счисления, состоящих не более чем из N – 1 цифры, то есть для N = 6 от 00000 до 44444. Для перебора таких чисел необходимо написать процедуру прибавления 1 в 5-ричной системе счисления. Для каждого из вариантов расстановки операций перейдем от исходного массива из N цифр билета, к массиву из К чисел, где K = (N – количество операций слияния цифр в рассматриваемом варианте). Теперь мы должны рассмотреть все перестановки из K – 1 арифметической операции в данном варианте. Каждая перестановка соответствует одному из порядков выполнения арифметических операций. Так, для 4-х чисел, перестановка номеров операций 3, 1, 2 означает, что сначала нужно выполнить арифметическое действие между 3-м и 4-м числом, затем между 1-м и 2-м и затем оставшееся. Если результат выполнения действий данного варианта в порядке, соответствующем текущей перестановке, равен искомому числу 100, то задача решена и можно перейти к печати результата. Для данной задачи возможны и более эффективные решения, но в силу ее небольшой размерности, комбинаторный перебор оказывается вполне приемлемым.

Пример 3. Губернатор одной из областей заключил с фирмой "HerNet" контракт на подключение всех городов области к компьютерной сети. Сеть создается следующим образом: в области устанавливается несколько станций спутниковой связи, и затем от каждого города прокладывается кабель до одной из станций. Технология, используемая компанией требует при увеличении расстояния увеличения толщины кабеля. Таким образом, стоимость кабеля, соединяющего город со станцией, при используемой компанией технологии будет равна kL2, где L - расстояние от города до станции, а k - некий коэффициент. Вам требуется написать программу, определяющую минимальные затраты компании на установку сети.

Входные данные. Во входном файле записано число n (1 ≤ n ≤ 10) - количество городов в области. Затем идут положительные вещественные числа: k - коэффициент стоимости кабеля и P - стоимость постройки одной станции. Далее следует n пар вещественных чисел, задающих координаты городов на плоскости.

Выходные данные. В первую строку выходного файла нужно вывести минимальные затраты на установку сети (с тремя знаками после десятичной точки), во вторую - количество устанавливаемых станций. Далее вывести координаты станций (с тремя знаками после десятичной точки), а затем - список из n целых чисел, в котором i-ое число задает номер станции, к которой будет подключен i-ый город. (Кировский командный турнир по программированию, 2000 г.)

Решение. В силу небольшой размерности мы можем рассмотреть все возможные варианты разбиения городов на группы, подразумевая что для каждой группы будет установлена своя станция, причем оптимальным образом (найти оптимальное местонахождение станции для одной группы городов можно по формуле, аналогичной формуле нахождения центра масс). Затем нужно из всех разбиений выбрать то, для которого общая сумма затрат на установку сети будет минимальной.

Заключение

Перечисленные подзадачи в программировании обычно рассматривают для следующих комбинаторных конфигураций: перестановки элементов множества, подмножества множества, сочетания из n элементов множества по k элементов (k-элементные подмножества множества, состоящего из n³k элементов), размещения (упорядоченные подмножества множества, то есть отличающиеся не только составом элементов, но и порядком элементов в них), разбиения множества (множество разбивается на подмножества произвольного размера так, что каждый элемент исходного множества содержится ровно в одном подмножестве), разбиения натуральных чисел на слагаемые, правильные скобочные последовательности (различные правильные взаимные расположения n пар открывающихся и закрывающихся скобок).

Большинство указанных конфигураций были подробно рассмотрены в [1-3]. Однако при генерации различных конфигураций использовались в основном нерекурсивные алгоритмы. Опытные же участники олимпиад в подобных случаях при программировании используют в основном именно рекурсию, с помощью которой решение рассматриваемых задач зачастую можно записать более кратко и прозрачно. Поэтому для полноты изложения данной темы приведем ряд рекурсивных комбинаторных алгоритмов и рассмотрим особенности применения рекурсии в комбинаторике.

Литература

1. Окулов С.М. Перестановки. “Информатика”, №7, 2000.

2. Окулов С.M. Комбинаторные задачи. “Информатика”, №10, 13, 2000.

3. Усов Б.Б. Комбинаторные задачи. “Информатика”, №39, 2000.

4. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы. Построение и анализ. М.: МЦНМО, 2000.

5. Брудно A.Л., Каплан Л.И. Московские олимпиады по программированию. М.: Наука, 1990.

6. Кнут Д. Конкретная математика. Основание информатики. М.: “Мир”, 1998.

7. Липский В. Комбинаторика для программистов. М.: “Мир”, 1988.

8. Андреева Е.В. Еще раз о задачах на полный перебор вариантов. “Информатика”, №45, 2000.

 Скачать реферат