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实用算法(基础算法-递推法-01)

推关系式:

    F n=g(F n-1)

    这就在数的序列中,建立起后项和前项之间的关系,然后从初始条件(或最终结果)入手,一步步地按递推关系递推,直至求出最终结果(或初始值)。很多程序就是按这样的方法逐步求解的。如果对一个试题,我们要是能找到后一项与前一项的关系并清楚其起始条件(最终结果),问题就好解决,让计算机一步步算就是了,让高速的计算机做这种重复运算,可真正起到“物尽其用”的效果。

    递推分倒推法和顺推法两种形式。一般分析思路:

    if求解条件F1

        then begin{倒推}

            由题意(或递推关系)确定最终结果Fa;

            求出倒推关系式F i-1=g'(F i);

            i=n;{从最终结果Fn出发进行倒推}

            while 当前结果F i非初始值F 1 do由F i-1=g(F 1)倒推前项;

            输出倒推结果F 1和倒推过程;

            end {then}

        else begin{顺推}

            由题意(或顺推关系)确定初始值F1(边界条件);

            求出顺推关系式F1=g(Fi-1);

            i=1;{由边界条件F1出发进行顺推}

            while 当前结果Fi非最终结果Fn do由Fi=g(Fi-1)顺推后项;

            输出顺推结果Fn和顺推过程;

        end; {else}

一、倒推法

    所谓倒推法,就是在不知初始值的情况下,经某种递推关系而获知问题的解或目标,再倒推过来,推知它的初始条件。因为这类问题的运算过程是一一映射的,故可分析得其递推公式。然后再从这个解或目标出发,采用倒推手段,一步步地倒推到这个问题的初始陈述。

    下面举例说明。

[例1] 贮油点

    一辆重型卡车欲穿过1000公里的沙漠,卡车耗油为1升/公里,卡车总载油能力为500公升。显然卡车一次是过不了沙漠的。因此司机必须设法在沿途建立几个储油点,使卡车能顺利穿越沙漠,试问司机如何建立这些储油点?每一储油点应存多少油,才能使卡车以消耗最少油的代价通过沙漠?

算法分析:

    编程计算及打印建立的贮油点序号,各贮油点距沙漠边沿出发的距离以及存油量。

        No.        Distance(k.m.)        oil(litre)

        1                X X                X X

        2                X X                X X

        3                X X                X X

       ...              .....              ......

    设dis[i]   为第i个贮油点至终点(i=0)的距离;

      oil[i]   为第i个贮油点的存贮油量;

    我们可以用倒推法来解决这个问题。从终点向始点倒推,逐一求出每个贮油点的位置及存油量。

下图表示倒推时的返回点:

实用算法(基础算法-递推法-01)

    从贮油点i向贮油点i+1倒推的策略是,卡车在点i和点i+1间往返若干次。卡车每次返回i+1处时正好耗尽500公升汽油,而每次从i+1出发时又必须装足500公升汽油。两点之间的距离必须满足在耗油最少的条件下使i点贮足i*500分升汽油的要求(0<=i<=n-1)。具体地讲,第一个贮油点i=1应距终点i=0处500km且在该处贮藏500公升汽油,这样才能保证卡车能由i=1处到达终点i=0处,这就是说

    dis[1]=500        oil[1]=500;

    为了在i=1处贮藏500公升汽油,卡车至少从i=2处开两趟满载油的车至i=1处。所以i=2处至少贮有2*500公升汽油,即oil[2]=500*2=1000。另外,再加上从i=1返回至i=2处的一趟空载,合计往返3次。三次往返路程的耗油量按最省要求只能为500公升。即d 12=500/3km

        dis[2]=dis[1]+d 12=dis[1]+500/3

实用算法(基础算法-递推法-01)

    为了在i=2处贮存1000公升汽油,卡车至少从i=3处开三趟满载油的车至i=2处。报以i=3处至少贮有3*500公升汽油,即oil[3]=500*3=1500。加上i=2至i=3处的二趟返程空车,合计5次。路途耗油量也应为500公升,即d 23=500/5,

        dis[3]=dis[2]+d 23=dis[2]+500/5;

实用算法(基础算法-递推法-01)

    依此类推,为了在i=k处贮藏k*500公升汽油,卡车至少从i=k+1处开k趟满载车至i=k处,即

    oil[k+1]=[k+1]*500=oil[k]+500,加上从i=k处返回i=k+1的k-1趟返程空间,合计2k-1次。这2k-1次总耗油量按最省要求为500公升,即

    d k,k+1=500/(2k-1)

        dis[k+1]=dis[k]+d k,k+1

                =dis[k]+500/(2k-1);

实用算法(基础算法-递推法-01)

    最后,i=n至始点的距离为1000-dis[n],oil[n]=500*n。为了在i=n处取得n*500公升汽油,卡车至少从始点开n+1次满载车至i=n,加上从i=n返回始点的n趟返程空车,合计2n+1次,2n+1趟的总耗油量应正好为(1000-dis[n])*(2n+1),即始点藏油为oil[n]+(1000-dis[n])*(2n+1)。

转换为C语言程序如下:

#include<stdio.h>

void main()

{

    int k;            

    float d,d1;      

    float oil[10],dis[10];

    int i;

    printf("NO. distance(k.m.)/toil(l.)/n");

    k=1;

    d=500;       

    dis[1]=500;

    oil[1]=500;

    do{

        k=k+1;

        d=d+500/(2*k-1);

        dis[k]=d;

        oil[k]=oil[k-1]+500;

    }while(!(d>=1000));

    dis[k]=1000;       

    d1=1000-dis[k-1];   

    oil[k]=d1*(2*k+1)+oil[k-1];   

    for(i=0;i<k;i++)      

        printf("%d/t%f/t%f/t/n",i,1000-dis[k-i],oil[k-i]);

}

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