# 五.分治算法

概念

将一个难以直接解决的大问题,分割成一个规模较小的相同问题,以便各个击破,分而治之。

思想策略

对于一个规模为 n 的问题,若该问题可以容易的解决(比如说规模 n 较小)则直接解决,否则将其分解为 k 个规模较小的子问题,这些子问题互相独立且与原问题形式相同,递归地解决这些子问题,然后将各子问题的解合并得到原问题的解。

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.利用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

第一条特征是绝大多数问题都可以满足的,因为问题的计算复杂性一般是随着问题规模的增加而增加

第二条特性是应用分治法的前提它也是大多数问题可以满足的,此特性反映了递归思想的应用

第三条特性是关键,能否利用分治法完全取决于问题是否具有第三条特征,如果具备了第一条和第二条特征,而不具备第三条特征,则可以考虑用贪心法或动态规划法。

第四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,此时虽然可用分治法,但一般用动态规划法较好。

基本步骤

  • 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

适用分治法求解的经典问题

  • 1.二分搜索
  • 2.大整数乘法
  • 3.Strassen 矩阵乘法
  • 4.棋盘覆盖
  • 5.合并排序
  • 6.快速排序
  • 7.线性时间排序
  • 8.最接近点对问题
  • 9.循环赛日程表
  • 10.汉诺塔