第一章算法概述 1.算法：解决问题的一种方法或过程；由若干条指令组成的有穷指令。 2.算法的性质： 1)输入：有零个或多个输入 2)输出：有至少一个输出 3)确定性：每条指令是清晰的、无歧义的 4)有限性：每条指令的执行次数和时间都是有限的 3.算法与程序的区别 程序是算法用某种程序设计语言的具体实现 程序可以不满足算法的有限性 4.算法复杂性分析 1)算法的复杂性是算法运行所需要的计算机资源的量，需要时间资源的量称为时间复 杂性，需要空间资源的量称为空间复杂性 2)三种时间复杂性：最坏情况、最好情况、平均情况 3)可操作性最好且最有实际价值的是最坏情况下的时间复杂性 第二章递归与分支策略 1.递归概念：直接或间接调用自身的算法 2.递归函数：用函数自身给出定义的函数 3.递归要素：边界条件、递归方程 4.递归的应用 ?汉诺塔问题 void Hanuo(int n,int a,int b,int c) { if(n==1) return; Hanuo(n-1,a,c,b); move(a,b) Hanuo(n-1,c,b,a); } ?全排列问题 void Perm(Type list[],int k,int m) { //产生list[k,m]的所有排列 if(k == m) { for(int i = 0;I <= m;i++) cout< 【程序5-1】分治法 SolutionType DandC(ProblemType P) { ProblemType P1，P2， ，P k。 if (Small(P)) return S(P)。//子问题P足够小，用S(P)直接求解 else { Divide(P，P1，P2， ，P k)。//将问题P分解成子问题P1, P2, …,P k Return Combine(DandC(P1)，DandC(P2)，…，DandC(P k))。//求解子问题，并合并解 } } 【程序5-2】一分为二的分治法 SolutionType DandC(int left，int right) { if (Small(left，right)) return S(left，right)。 else { int m=Divide(left，right)。//以m为界将问题分解成两个子问题Return Combine(DandC(left，m)，DandC(m+1，right))。//分别求解子问题，并合并解 } } 【程序5-3】可排序表类 template 目录 第二章递归与分治 (3) 1、用递归思想求N! (3) 2、用递归思想求Fibonacci数列 (3) 3、用递归思想求排列问题 (4) 4、用递归思想求整数划分问题 (5) 5、用递归思想求汉诺塔问题 (6) 6、用递归思想实现插入排序 (7) 7、用分治思想实现二分查找 (8) 8、用分治法求两个大整数的乘法 (9) 9、用分治思想求一个数组的最大值与最小值 (10) 10、用分法思想实现合并排序 (12) 11、用分治思想实现快速排序 (13) 12、用分治法实现线性时间选择问题 (15) 13、用分法思想实现残缺棋盘问题 (15) 第三章动态规划法 (18) 1、矩阵连乘问题 (18) 2、最长公子序列 (20) 3、最大子段和问题 (23) 4、图像压缩问题 (28) 5、电路布线问题 (31) 6、最 (31) 7、最 (31) 第四章贪心算法 (32) 1、哈夫曼编码 (32) 4、Kruskal算法求最小生成树 (35) 5、集装箱问题 (38) 6、活动安排问题 (40) 第五章回溯法 (42) 1、用回溯法求0－1背包问题 (42) 2、用回溯法求N皇后问题 (45) 3、用回溯法求旅行售货员问题 (46) 4、用回溯法求圆排列问题 (48) 5、用回溯法求符号三角形问题 (50) 6、用回溯法求批处理作业调度问题 (52) 7、用回溯法求连续邮资问题 (54) 8、用回溯法求图的m着色问题 (57) 9、用回溯法求最大团问题 (59) 第六章回溯法 (62) 1、用分支限界法求0－1背包问题 (62) 第二章递归与分治1、用递归思想求N! 王晓东版——《计算机算法设计与分析（第四版）》P11页，例2－1 2、用递归思想求Fibonacci数列 王晓东版——《计算机算法设计与分析（第四版）》P12页，例2－2 解析算法及程序实现教学设计 一、设计思想 根据《新课标》的要求，本课“解析算法”的学习目的是使学生进一步体验算法设计思想。为了让学生更易理解其算法的思想：用解析法找出数学表达式，用它来描述问题的原始数据与结果之间的关系。本堂课的设计思路：通过一元二次方程求解实例引入主题——认知主题——实践体验主题——扩展与提高这几个阶段层层深入的递进式方法使学生充分掌握解析算法。从而使学生形成解析算法的科学逻辑结构。 二、教材分析 本课的课程标准内容： 结合实例，经历分析问题、确定算法、编程求解等用计算机解决问题的基本过程，认识算法和程序设计在其中的地位和作用。掌握使用解析算法设计程序解决问题的方法基本要求：1.初步掌握解析算法。2.初步掌握解析算法的程序实现。 教材中很多例子，但是考虑到课时，具体采用了“计算1900年开始的任意一天是星期几”的问题。 三、学情分析 学生对程序的3种基本模式已有一个了解的基础，对于简单的程序段也有一定的认知意识。并且已学习了枚举算法，这对本节课的教学产生积极的作用。但学生还是会觉得算法设计比较难掌握，困难之处在于，如何将题目的设计思想转化为流程图，根据流程图写出相应的代码并通过自己编制程序上机实践来体验。因此在课堂分析过程中，学生应当从听课认识——分析理解——实践探究这些过程中全面掌握解析算法的设计思想，并能用此算法来解决日常生活问题及与其他学科有所关联的一些简单问题。 四、教学目标 知识与技能：理解解析算法的概念和特点，通过分析了解解析算法的解题结构，初步掌握对解析算法的程序实现。 过程与方法：通过具体问题分析，归纳解析算法的基本思想和方法，确定解题步骤。让学生理解如何用3步法来解决实际问题（提出问题——分析问题——解决问题）； 情感态度与价值观：通过小组合作，增进学生间的学习交流，培养合作能力，激发学生学习能动性；感受解析算法的魅力，养成始终坚持、不断积累才能获得成功的意志品质。 五、重点与难点 重点：通过计算1900年开始的任意一天是星期几，让学生理解解析算法的思想，初步 算法分析与设计复习题及答案一、单选题 1．D 2．B 3．C 4．D 5．D 6．D 7．C 8．D 9．B 10．C 11．D 12．B 13．D 14．C 15．C 16．D 17．D 18．D 19．D 20．C 1．与算法英文单词algorithm具有相同来源的单词是（）。 A logarithm B algiros C arithmos D algebra 2．根据执行算法的计算机指令体系结构，算法可以分为（）。 Ａ精确算法与近似算法Ｂ串行算法语并行算法 Ｃ稳定算法与不稳定算法Ｄ３２位算法与６４位算法 3．具有１0个节点的完全二叉树的高度是（）。 Ａ６Ｂ５Ｃ3Ｄ 2 4．下列函数关系随着输入量增大增加最快的是（）。 Ａlog2n B n2 C 2n D n! 5．下列程序段的S执行的次数为( )。 for i ←0 to n-1 do for j ←0 to i-1 do s //某种基本操作 A.n2 B n2/2 C n*(n+1) D n(n+1)/2 6．Fibonacci数列的第十项为( )。 A 3 B 13 C 21 D 34 7．4个盘子的汉诺塔，至少要执行移动操作的次数为( )。 A 11次 B 13次 C 15次 D 17次 8．下列序列不是堆的是（）。 A 99，85，98，77，80，60，82，40，22，10，66 B 99，98，85，82，80，77，66，60，40，22，10 C 10，22，40，60，66，77，80，82，85，98，99 D 99，85，40，77，80，60，66，98，82，10，22 9．Strassen矩阵乘法的算法复杂度为（）。 ＡΘ(n3)ＢΘ(n2.807) ＣΘ(n2) ＤΘ(n) 10．集合A的幂集是（）。 A．A中所有元素的集合 B. A的子集合 C． A 的所有子集合的集合 D. 空集 11．与算法英文单词algorithm具有相同来源的单词是（）。 A logarithm B algiros C arithmos D algebra 12．从排序过程是否完全在内存中显示，排序问题可以分为（）。 Ａ稳定排序与不稳定排序Ｂ内排序与外排序 Ｃ直接排序与间接排序Ｄ主排序与辅助排序 13．下列（）不是衡量算法的标准。 Ａ时间效率Ｂ空间效率 Ｃ问题难度Ｄ适应能力 14．对于根树，出度为零的节点为（）。 Ａ０节点Ｂ根节点Ｃ叶节点Ｄ分支节点 15．对完全二叉树自顶向下，从左向右给节点编号，节点编号为１0的父节点编号为（）。 Ａ０Ｂ２Ｃ４Ｄ６ 16．下列程序段的算法时间的复杂度为（）。 for i ←0 to n do for j ←0 to m do 《计算机算法设计与分析》习题及答案 一．选择题 1、二分搜索算法是利用（ A ）实现的算法。 A、分治策略 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 2、下列不是动态规划算法基本步骤的是（ A ）。 A、找出最优解的性质 B 、构造最优解 C 、算出最优解D、定义最优解 3、最大效益优先是（ A ）的一搜索方式。 A、分支界限法 B 、动态规划法C、贪心法 D 、回溯法 4. 回溯法解旅行售货员问题时的解空间树是（ A ）。 A、子集树 B 、排列树 C 、深度优先生成树 D 、广度优先生成树 5．下列算法中通常以自底向上的方式求解最优解的是（ B ）。 A、备忘录法 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 6、衡量一个算法好坏的标准是（ C ）。 A 运行速度快 B 占用空间少 C 时间复杂度低 D 代码短 7、以下不可以使用分治法求解的是（ D ）。 A 棋盘覆盖问题 B 选择问题 C 归并排序 D 0/1 背包问题 8. 实现循环赛日程表利用的算法是（ A ）。 A、分治策略 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 9．下面不是分支界限法搜索方式的是（ D ）。 A、广度优先 B 、最小耗费优先 C 、最大效益优先 D 、深度优先 10．下列算法中通常以深度优先方式系统搜索问题解的是（ D ）。 A、备忘录法 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 11. 备忘录方法是那种算法的变形。（B ） A、分治法 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 12．哈夫曼编码的贪心算法所需的计算时间为（ B ）。 n n A、O（n2 ） B 、O（nlogn ） C 、O（2 ） D 、O（n） 13．分支限界法解最大团问题时，活结点表的组织形式是（ B ）。 A、最小堆 B 、最大堆 C 、栈 D 、数组 14．最长公共子序列算法利用的算法是（ B ）。 A、分支界限法 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 15．实现棋盘覆盖算法利用的算法是（ A ）。 A、分治法 B 、动态规划法 C 、贪心法 D 、回溯法 16. 下面是贪心算法的基本要素的是（ C ）。 A、重叠子问题 B 、构造最优解 C 、贪心选择性质 D 、定义最优解 17. 回溯法的效率不依赖于下列哪些因素（ D ） A. 满足显约束的值的个数 B. 计算约束函数的时间 C.计算限界函数的时间 D. 确定解空间的时间 18. 下面哪种函数是回溯法中为避免无效搜索采取的策略（ B ） A．递归函数 B. 剪枝函数 C 。随机数函数 D. 搜索函数 19. （ D ）是贪心算法与动态规划算法的共同点。 实验一、归并排序及各种排序算法性能比较 一、实验实习目的及要求 了解归并排序等各种排序算法，并能独立在计算机上实现，同时并能够计算它们的时间复杂度，并用计算机来验证。 二、实验实习设备（环境）及要求（软硬件条件） 计算机eclipse软件，执行环境JavaSE-1.8. 三、实验实习项目、内容与步骤(注意是主要关键步骤，适当文字+代码+截图说明) 项目：对10 4 6 3 8 2 5 7进行从小到大排序，采用几种排序方法，并统计这几种方法的运行时间，与归并排序比较。 内容及步骤： (1)归并排序：将序列每次分成两组，再进行合并，直到递归完成； 1、递归调用mergeSort对数组排序 2、merge将两个有序数组合并为一个有序数组 3、主函数调用mergeSort对数组排序 4、统计时间 (2) 选择排序：每次选择一个当前最小的并和当前的相对的第一个元素交换，直到最后 只有一个元素时结束；也可选择当前最大的并与当前的相对的最后一个 元素交换，直到最后只有一个元素时结束。 1、数组长度为n，需要选择n-1次；每次选择完成后，将数组中的最大值与最后一 个元素互换，调用java.util包中Arrays类。 2、主函数调用ChooseSort对数组排序。 3、统计运行时间。 (3)插入排序：从第二个元素开始，每次插入一个到当前有序序列中，使得有序，当 所有的元素插入完毕时，就排好序了； 1、从第二个元素开始，与之前序列比较，插入到合适的位置。 2、主函数调用sort对数组排序。 3、统计运行时间 (4) 快速排序：每次选择一个中间元素，并进行交换，使得中间元素的左边比它小，右 边比它大，然后对左右两边进行递归； 1、选取一个基准位，从右边向左边看，找比基准位小的元素，再从左边向右边看， 找比基准位大的元素，若两者均存在则交换；若两者相遇，则相遇元素与基准位元素交换，然后递归排序左右半数组。 《算法分析与设计》作业参考答案 作业一 一、名词解释： 1.递归算法：直接或间接地调用自身的算法称为递归算法。 2.程序：程序是算法用某种程序设计语言的具体实现。 二、简答题： 1.算法需要满足哪些性质？简述之。 答：算法是若干指令的有穷序列，满足性质： （1）输入：有零个或多个外部量作为算法的输入。（2）输出：算法产生至少一个量作为输出。 （3）确定性：组成算法的每条指令清晰、无歧义。 （4）有限性：算法中每条指令的执行次数有限，执行每条指令的时间也有限。 2.简要分析分治法能解决的问题具有的特征。 答：分析分治法能解决的问题主要具有如下特征： （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问题。 3.简要分析在递归算法中消除递归调用，将递归算法转化为非递归算法的方法。 答：将递归算法转化为非递归算法的方法主要有： （1）采用一个用户定义的栈来模拟系统的递归调用工作栈。该方法通用性强，但本质上还是递归， 只不过人工做了本来由编译器做的事情，优化效果不明显。（2）用递推来实现递归函数。 （3）通过Cooper 变换、反演变换能将一些递归转化为尾递归，从而迭代求出结果。 后两种方法在时空复杂度上均有较大改善，但其适用范围有限。 三、算法编写及算法应用分析题： 1.冒泡排序算法的基本运算如下： for i ←1 to n-1 do for j ←1 to n-i do if a[j] 第一章概述 算法的概念：算法是指解决问题的一种方法或过程，是由若干条指令组成的有穷序列。 算法的特征： 可终止性：算法必须在有限时间内终止； 正确性：算法必须正确描述问题的求解过程； 可行性：算法必须是可实施的； 算法可以有0个或0个以上的输入； 算法必须有1个或1个以上的输出。 算法与程序的关系： 区别：程序可以不一定满足可终止性。但算法必须在有限时间内结束； 程序可以没有输出,而算法则必须有输出； 算法是面向问题求解的过程描述，程序则是算法的实现。 联系：程序是算法用某种程序设计语言的具体实现； 程序可以不满足算法的有限性性质。 算法描述方式：自然语言，流程图，伪代码，高级语言。 算法复杂性分析： 算法复杂性的高低体现运行该算法所需计算机资源（时间，空间）的多少。 算法复杂性度量： 期望反映算法本身性能，与环境无关。 理论上不能用算法在机器上真正的运行开销作为标准（硬件性能、代码质量影响）。 一般是针对问题选择基本运算和基本存储单位，用算法针对基本运算与基本存储单位的开销作为标准。 算法复杂性C依赖于问题规模N、算法输入I和算法本身A。即C=F(N, I, A)。 第二章递归与分治 分治法的基本思想： 求解问题算法的复杂性一般都与问题规模相关，问题规模越小越容易处理。 分治法的基本思想是，将一个难以直接解决的大问题，分解为规模较小的相同子问题，直至这些子问题容易直接求解，并且可以利用这些子问题的解求出原问题的解。各个击破，分而治之。 分治法产生的子问题一般是原问题的较小模式，这就为使用递归技术提供了方便。递归是分治法中最常用的技术。 使子问题规模大致相等的做法是出自一种平衡(balancing)子问题的思想，它几乎总是比子问题规模不等的做法要好。 分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征： 该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决； 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； 利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解； 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问题。（这条特征涉及到分治法的效率，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，此时虽然也可用分治法，但一般用动态规划较好。） 递归的概念： 常用算法设计方法 要使计算机能完成人们预定的工作，首先必须为如何完成预定的工作设计一个算法，然后再根据算法编写程序。计算机程序要对问题的每个对象和处理规则给出正确详尽的描述，其中程序的数据结构和变量用来描述问题的对象，程序结构、函数和语句用来描述问题的算法。算法数据结构是程序的两个重要方面。 算法是问题求解过程的精确描述，一个算法由有限条可完全机械地执行的、有确定结果的指令组成。指令正确地描述了要完成的任务和它们被执行的顺序。计算机按算法指令所描述的顺序执行算法的指令能在有限的步骤内终止，或终止于给出问题的解，或终止于指出问题对此输入数据无解。 通常求解一个问题可能会有多种算法可供选择，选择的主要标准是算法的正确性和可靠性，简单性和易理解性。其次是算法所需要的存储空间少和执行更快等。 算法设计是一件非常困难的工作，经常采用的算法设计技术主要有迭代法、穷举搜索法、递推法、贪婪法、回溯法、分治法、动态规划法等等。另外，为了更简洁的形式设计和藐视算法，在算法设计时又常常采用递归技术，用递归描述算法。 一、迭代法 迭代法是用于求方程或方程组近似根的一种常用的算法设计方法。设方程为f(x)=0，用某种数学方法导出等价的形式x=g(x)，然后按以下步骤执行： （1）选一个方程的近似根，赋给变量x0； （2）将x0的值保存于变量x1，然后计算g(x1)，并将结果存于变量x0； （3）当x0与x1的差的绝对值还小于指定的精度要求时，重复步骤（2）的计算。 若方程有根，并且用上述方法计算出来的近似根序列收敛，则按上述方法求得的x0就认为是方程的根。上述算法用C程序的形式表示为： 【算法】迭代法求方程的根 { x0=初始近似根； do { x1=x0； x0=g(x1)；/*按特定的方程计算新的近似根*/ } while ( fabs(x0-x1)>Epsilon)； 算法设计与分析课程报告 第一章算法问题求解基础 1、算法的概念：算法是指解决问题的一种方法或过程，是由若干条指令组成的有穷序列。 2、算法的特性 ①有穷性：一个算法必须保证执行有限步之后结束； ②确切性：算法的每一步骤必须有确切的定义； ③输入：一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况，所谓0个输入是指算法本身定除了初始条件； ④输出：一个算法有一个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。没有输出的算法是毫无意义的； ⑤可行性：算法原则上能够精确地运行，而且人们用笔和纸做有限次运算后即可完成 3、算法与程序的关系： 区别：程序可以不一定满足可终止性。但算法必须在有限时间内结束； 程序可以没有输出,而算法则必须有输出； 算法是面向问题求解的过程描述，程序则是算法的实现。 联系：程序是算法用某种程序设计语言的具体实现； 程序可以不满足算法的有限性性质。 4、算法描述方式：自然语言，流程图，伪代码，高级语言。 第二章算法分析基础 1、算法复杂性分析： 算法复杂性的高低体现运行该算法所需计算机资源（时间，空间）的多少。 算法复杂性度量： 期望反映算法本身性能，与环境无关。 理论上不能用算法在机器上真正的运行开销作为标准（硬件性能、代码质量影响）。一般是针对问题选择基本运算和基本存储单位，用算法针对基本运算与基本存储单位的开销作为标准。算法复杂性C依赖于问题规模N、算法输入I和算法本身A。即C=F(N, I, A)。 第五章分治法 1、递归算法：直接或间接地调用自身的算法。 用函数自身给出定义的函数称为递归函数。 注：边界条件与递归方程是递归函数的二个要素。 实例：①阶乘函数； ②Fibonacci数列； ③Ackerman函数； ④排列问题； ⑤整数划分问题； 算法分析与设计程序操作实现 2大作业 实现操作者：08网本 分组：6组每组1道大作业。 所占分值：30分（百分制） 实现内容： 1 循环赛日程表 问题描述：设有n=2k个运动员要进行网球循环赛。现要设计一个满足以下要求的比赛日程表： ①每个选手必须与其他n-1个选手各赛一次。 ②每个选手一天只能参赛一次。 ③循环赛在n-1天内结束。 请按此要求将比赛日程表设计成有n行和n-1列的一个表。在表中的第i行、第j列处填入第i个选手在第j天所遇到的选手。其中1≤i≤n，1≤j≤n一1。 3-4个算法解决以上问题。 2 求3个数的最小公倍数 问题描述：对任给的3个正整数，求它们的最小公倍数。 看完题目，读者一定会回忆起：最小公倍数的定义以及用短除法求这3个数的最小公倍数，甚至想到了最大公约数与最小公倍数的换算公式……。其实，与问题相关的每一个经验和思路，都可能是解决这个问题的一种方法，下面就给出用这3种思路进行算法设计的过程。 3个算法解决以上问题。 3 猴子选大王 问题描述：不同于自然界猴子选大王的方式，这里的猴子是这样选举它们的大王的：17只猴子围成一圈，从某只开始报数1—2—3—1—2—3—…，报“3”的猴子就被淘汰，游戏一直进行到圈内只剩一只猴子，它就是猴大王了。 通过解决这个问题将使我们进一步认识算法与数据结构的紧密关系。 3-4个算法解决以上问题。 4 最大子段和问题 问题描述：给定n个整数(可能为负整数)a1,a2,a3,a4,a5，求形如： A i,a i+1,……,a j, i、j=1,…,n, i<=j 的子段和的最大值。当所有整数均为负整数时定义其最大子段和为0。 例如，当(a1,a2,a3,a4,a5 ,a6)＝(-2，11，-4，13，-5，-2)时，最大子段和为： ∑== j i k k a20j＝2，j＝4(下标从1开始) 3-4个算法解决以上问题。 5 与利润无关的背包问题1 背包问题1：在9件物品中选出3件使其质量和与500克之差的绝对值最小。数据由键盘输入。 背包问题2：小明有一只能装10kg的背包，现有白菜一棵5kg，猪肉一块2kg，一条鱼3．5kg，白糖一袋1kg，菜油一桶5．1kg。请编写一个算法，使小明的背包所装东西的总质量最重。 背包问题3。 《算法分析与设计》实验指导. 实验一锦标赛问题 [实验目的] 1.基本掌握分治算法的原理. 2.能用程序设计语言求解锦标赛等问题的算法; [预习要求] 1.认真阅读数据结构教材和算法设计教材,了解分治算法原理; 2.设计用分治算法求解背包问题的数据结构与程序代码. [实验题] 【问题描述】设有n=2k个运动员要进行网球循环赛。现要设计一个满足以下要求的比赛日程表： （1）每个选手必须与其他n-1个选手各赛一次； （2）每个选手一天只能参赛一次； （3）循环赛在n-1天内结束。 请按此要求将比赛日程表设计成有n行和n-1列的一个表。在表中的第i行，第j列处填入第i个选手在第j天所遇到的选手。其中1≤i≤n，1≤j≤n-1。 [实验提示] 我们可以按分治策略将所有的选手分为两半，则n个选手的比赛日程表可以通过n/2个选手的比赛日程表来决定。递归地用这种一分为二的策略对选手进行划分，直到只剩下两个选手时，比赛日程表的制定就变得很简单。这时只要让这两个选手进行比赛就可以了。 1 2 3 4 5 6 7 1 （1）（2）（3） 图1 2个、4个和8个选手的比赛日程表 图1所列出的正方形表（3）是8个选手的比赛日程表。其中左上角与左下角的两小块分别为选手1至选手4和选手5至选手8前3天的比赛日程。据此，将左上角小块中的所有数字按其相对位置抄到右下角，又将左下角小块中的所有数字按其相对位置抄到右上角，这 样我们就分别安排好了选手1至选手4和选手5至选手8在后4天的比赛日程。依此思想容易将这个比赛日程表推广到具有任意多个选手的情形。 [实验步骤] 1.设计并实现算法并准备测试用例,修改并调试程序,直至正确为止; 2.应用设计的算法和程序求锦标赛问题; 3.去掉测试程序,将你的程序整理成功能模块存盘备用. [实验报告要求] 1.阐述实验目的和实验内容; 2.阐述分治算法原理; 3.提交实验程序的功能模块; 4.记录最终测试数据和测试结果。 [思考与练习] 【金块问题】老板有一袋金块(共n块，n是2的幂（n>=2）），将有两名最优秀的雇员每人得到其中的一块，排名第一的得到最重的那块，排名第二的雇员得到袋子中最轻的金块。假设有一台比较重量的仪器，请用最少的比较次数找出最重和最轻的金块。 一、名词解释： 2.程序：程序是算法用某种程序设计语言的具体实现。 3.递归函数：用函数自身给出定义的函数称为递归函数。 4.子问题的重叠性质：递归算法求解问题时，每次产生的子问题并不总是新问题，有些子问题被反复计 算多次，这种性质称为子问题的重叠性质。 5.队列式分支限界法：队列式(FIFO)分支限界法是将活结点表组织成一个队列，并按照队列的先进先出 （FIFO）原则选取下一个结点为扩展结点。 6.多机调度问题：多机调度问题要求给出一种作业调度方案，使所给的n个作业在尽可能短的时间内由m 台机器加工处理完成。同时约定每个作业均可在任何一台机器上加工处理，但未完工前不允许中断处理。作业不能拆分成更小的子作业。 7.最小生成树：G=(V,E)是无向连通带权图，G的子图称为G的生成树，生成树上各边权的总和称为该生 成树的耗费，在G的所有生成树中，耗费最小的生成树称为G的最小生成树。 二、简答题： （1）什么是算法？算法的特征有哪些？ （2）什么是P类问题？什么是NP类问题？请描述集合覆盖问题的近似算法的基本思想。 答案：（1）算法是解决某类问题的一系列运算的集合【2分】。具有有穷行、可行性、确定性、0个或者多个输入、1个或者多个输出【8分】。 （2）用确定的图灵机可以在多项式实践内可解的判定问题称为P类问题【2分】。用不确定的图灵机在多项式实践内可解的判定问题称为P类问题。【2分】 集合覆盖问题的近似算法采用贪心思想：对于问题 第三章习题 5．编程打印形如以下规律的”X”方阵。 l l l 1 1 1 l 1 1 1 l l 2 2 2 2 1 1 2 2 2 1 l 2 3 3 2 l 1 2 3 2 l 1 2 3 3 2 l l 2 2 2 1 l 2 2 2 2 1 1 l l l l 。 1 1 1 1 1 1 (1) #include for(i=m;i 《算法与程序设计》案例分析 www.5y https://www.doczj.com/doc/333385622.html, 摘要：高中信息技术课程改革到今年已走过了四年时间，在选修模块教学中有《算法与程序设计》和《多媒体技术应用》可供选择。选修《算法与程序设计》模块教学的学校不多，我们学校就是其中之一。原因是算法的学习比较抽象、枯燥，很难调动学生学习兴趣。本文就结合自己四年的教学实践经验同大家共同探究一下选修模块《算法与程序设计》如何进行有效的教学。 关键词：算法程序设计教学方法教学策略信息技术高中 一、算法与程序设计概述 信息技术课中，《算法与程序设计》师信息技术课程的一门选修课，是选修的一个分支。在我们学校，采用了广东教育出版社的教材，学习VISUALBASIc语言。VISUALBASIc 程序设计语言是wINDowS环境下快速开发应用程序的可视化工具。它简单易学，功能强大，用它开发图形用户接口（GUI,GraphicalUserInterfaces）的应用程序方便、快捷，可以自动生成32位的脱离开发环境而直接执行的应用程序，且运行速度更快、更安全，适合在多任务环境下运行。VISUALBASIc语言功能强大，具有良好的简单性、面向对象性，可视化的集成开发环境，面向对象的程序设计思想，交 互式的开发环境的特点。 计算机的发展速度很快，学生上机的条件和平台已经发生了巨大的变化，上机方便，程序编译器的功能强，使得我们可以很好的去学习VISUALBASIc。在平时注意对现有的程序代码进行分析，多读程序，俗话说：读遍唐诗三百首，不会做诗也能吟。学习程序语言也是这样，多读程序自然你就会写一点程序了。教师在教学中就要从以下几个方面入手。 二、努力培养学生学习兴趣 爱因思坦说“兴趣是最好的老师”。兴趣相当程度上决定了教学效果的好坏。如何培养学生学习程序设计的兴趣，我认为可以从以下几个方面入手。 1．让学生认识到学习程序设计在提高自身素质的突出作用。提高自身素质，可以培养学生的思维品质，培养学生发现问题、思考问题和解决问题的能力；学习程序对其他学科的学习有积极的影响。 2．程序设计教学中要从学生的兴趣入手，利用学生对事物的好奇心，选择学生身边的，学生感兴趣的、有实际意义的程序，激发学生的学习兴趣。比如：第一堂课讲VB界面设计，可设计一个QQ登录界面。 3．一定要分层次教学。现在各个学校的平行班设置恐怕都有文科班和理科班、实验班，教学内容在难度上要有所变化。一个班级布置作业时也要根据学生的能力分层次。 计算机算法与设计分析 实 验 报 告 班级： 姓名： 学号： 目录 实验一分治与递归 (1) 1、基本递归算法 (1) 2、棋盘覆盖问题 (2) 3、二分搜索 (3) 4、实验小结 (5) 实验二动态规划算法 (5) 1、最长公共子序列问题 (5) 2、最大子段和问题 (7) 3、实验小结 (8) 实验三贪心算法 (8) 1、多机调度问题 (8) 2、用贪心算法求解最小生成树 (10) 3、实验小结 (12) 实验四回溯算法和分支限界法 (12) 1、符号三角形问题 (12) 2、0—1背包问题 (14) 3、实验小结 (18) 实验一分治与递归（4学时） 一、实验目的与要求 1、熟悉C/C++语言的集成开发环境； 2、通过本实验加深对递归过程的理解 二、实验内容： 掌握递归算法的概念和基本思想，分析并掌握“整数划分”问题的递归算法。 三、实验题 任意输入一个整数，输出结果能够用递归方法实现整数的划分。 #include 《算法分析与设计》课程实验 实验报告 专业：计算机科学与技术 班级： 姓名： 学号： 完成时间：2009年6月15日 实验一算法实现一 一、实验目的与要求 熟悉C/C++语言的集成开发环境； 通过本实验加深对分治法、贪心算法的理解。 二、实验内容: 掌握分治法、贪心算法的概念和基本思想，并结合具体的问题学习如何用相应策略进行求解的方法。 三、实验题 1. 【伪造硬币问题】给你一个装有n个硬币的袋子。n个硬币中有一个是伪造的。你的 任务是找出这个伪造的硬币。为了帮助你完成这一任务，将提供一台可用来比较两组硬币重量的仪器，利用这台仪器，可以知道两组硬币的重量是否相同。试用分治法的思想写出解决问题的算法，并计算其时间复杂度。 2.【找零钱问题】一个小孩买了价值为33美分的糖，并将1美元的钱交给售货员。售 货员希望用数目最少的硬币找给小孩。假设提供了数目有限的面值为25美分、10美分、5美分、及1美分的硬币。给出一种找零钱的贪心算法。 四、实验步骤 理解算法思想和问题要求； 编程实现题目要求； 上机输入和调试自己所编的程序； 验证分析实验结果； 整理出实验报告。 五、实验程序 1.伪造硬币问题 源程序： //c语言实现 #include 《算法分析与设计》课程复习资料 一、名词解释： 1.算法 2.程序 3.递归函数 4.子问题的重叠性质 5.队列式分支限界法 6.多机调度问题 7.最小生成树 二、简答题： 1.备忘录方法和动态规划算法相比有何异同？简述之。 2.简述回溯法解题的主要步骤。 3.简述动态规划算法求解的基本要素。 4.简述回溯法的基本思想。 5.简要分析在递归算法中消除递归调用，将递归算法转化为非递归算法的方法。 6.简要分析分支限界法与回溯法的异同。 7.简述算法复杂性的概念，算法复杂性度量主要指哪两个方面？ 8.贪心算法求解的问题主要具有哪些性质？简述之。 9.分治法的基本思想是什么？合并排序的基本思想是什么？请分别简述之。 10.简述分析贪心算法与动态规划算法的异同。 三、算法编写及算法应用分析题： 1.已知有3个物品：(w1,w2,w3)=(12,10,6),(p1,p2,p3)=(15,13,10),背包的容积M=20，根据0-1背包动态规划的递推式求出最优解。 2.按要求完成以下关于排序和查找的问题。 ①对数组A={15，29，135，18，32，1，27，25，5}，用快速排序方法将其排成递减序。 ②请描述递减数组进行二分搜索的基本思想，并给出非递归算法。 ③给出上述算法的递归算法。 ④使用上述算法对①所得到的结果搜索如下元素，并给出搜索过程：18，31，135。 3.已知1() *()i i k k ij r r A a +=，k=1，2，3，4，5，6，r 1=5，r 2=10，r 3=3，r 4=12，r 5=5，r 6=50，r 7=6，求矩阵链积A 1×A 2×A 3×A 4×A 5×A 6的最佳求积顺序(要求给出计算步骤)。 4.根据分枝限界算法基本过程,求解0-1背包问题。 已知n=3,M=20，(w1,w2,w3)=(12,10,6),(p1,p2,p3)=(15,13,10)。 5.试用贪心算法求解汽车加油问题：已知一辆汽车加满油后可行驶n 公里，而旅途中有若干个加油站。试设计一个有效算法，指出应在哪些加油站停靠加油，使加油次数最少，请写出该算法。 6.试用动态规划算法实现下列问题：设A 和B 是两个字符串。我们要用最少的字符操作，将字符串A 转换为字符串B ，这里所说的字符操作包括： ①删除一个字符。 ②插入一个字符。 ③将一个字符改为另一个字符。 请写出该算法。 7.对于下图使用Dijkstra 算法求由顶点a 到顶点h 的最短路径。算法设计与分析书中程序
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