“分治法”是计算机领域中最常见的算法类型,其核心思想是“分而治之”。其原理是将一个复杂问题拆分成两个或多个相同的子问题,然后将子问题依然进行分治法处理,直到子问题已经可以直接求解,最终按照问题的拆解顺序,将子问题开始逐步将问题合并成一个更大的子问题,逐层向上,最终得到原复杂问题的解。
分治法通常可以解决的问题类型有如下几种:
- 待求解问题是可以拆分为若干个相同或者相似的子问题,子问题直接相互独立。
- 该问题可以在小规模情况下成立,并得到解。
- 问题拆分后的结果可以进行合并。
分治法解决问题的一般步骤如下:
- 分解问题。将原问题拆解为若干相同或者相似、相互独立的子问题。
- 解决子问题。如果拆分的子问题不能进行直接求解,则继续拆分子问题,知道可以直接进行求解为止。
- 合并解。从可以直接解决的子问题入手,开始合并子问题的解,最终合并得到原始问题的解。
分治法的一般的算法设计模式如下:
Divide-and-Conquer(P)
1. if |P|≤n0
2. then return(ADHOC(P))
3. 将P分解为较小的子问题 P1 ,P2 ,...,Pk
4. for i←1 to k
5. do yi ← Divide-and-Conquer(Pi) △ 递归解决Pi
6. T ← MERGE(y1,y2,...,yk) △ 合并子问题
7. return(T)
分治法经常采用递归的方式进行求解,因为递归可以有效地将问题拆解为相似且更小的子问题,且子问题直接相互独立。但是,如果子问题之间存在相同或重复子问题是,可能会影响分治法的计算效率,因为同样的问题在不同的子问题中会被重复计算。这种情况下,可以使用动态规划法保存中间结果的方法进行改善。
常见的利用分治法思想的算法有:二分查找,归并排序,快速排序等。归并排序的过程示意如下:
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