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  • Google赛马问题

    http://coolshell.cn/articles/1202.html

    据说,这是Google的面试题。面试题目如下:

    一共有25匹马,有一个赛场,赛场有5个赛道,就是说最多同时可以有5匹马一起比赛。假设每匹马都跑的很稳定,不用任何其他工具,只通过马与马之间的比赛,试问,最少得比多少场才能知道跑得最快的5匹马?(不能使用撞大运的算法

    很明显这是一个算法题,网上有很多贴子在讨论这个问题,不过都没有给出一个明确的答案。我想了想,想到下面的一个算法:

    1)分成5组A,B,C,D,E,比五场。然后根据每场结果分别给这五组内的五匹马排序(从快到慢)。
    2)每组的头名再赛一场,取走第一名,然后该组第二名顶上。
    3)重复第二步,直到选出前5名。

    这个算法是比较笨的算法,总计需要赛10次,这个算法应该是万无一失的。现在的问题的就,如何优化这个算法,想了想,的确是有优化的空间的。也就是说,是可以少于10次的。

    想了一想,上面的那个算法自从第6次开始就使用5个排序数组的头名做“冒泡法”,总是挑一个最优秀的出来,其实,在第6次以后除了挑出最优秀的,我们还可以在每次比赛后淘汰一些速度不行的,淘汰的马匹数自然会比选出的更多,所以,一方面在找,另一方面在淘汰,找出前5名的速度应该会更快。

    比如:我们假设比赛完第六场后,我们得到下面的排序:(每组排序是——快马从左到右,各组头名的排序是——快马从上到下)

    A组 A1 A2 A3 A4 A5
    B组 B1 B2 B3 B4 B5
    C组 C1 C2 C3 C4 C5
    D组 D1 D2 D3 D4 D5
    E组 E1 E2 E3 E4 E5

    这样,我们不但知道,A1是25匹马里最快的马,而且我们可以淘汰近一半的马,比如E2,E3,E4,E5就可以全部淘汰了,为什么呢,因为比E2快的马有A1,B1,C1,D1,E1这五匹马,所以,E2后面的马是无法进入前五名了;同理,D3和其后面的也进入不了前5;同理,C4,C5,B5都可以淘汰。

    于是,在第六轮后我们可以得知,除了A1外的Top 4必然在下面这些马中:

    A组  A2 A3 A4 A5
    B组 B1 B2 B3 B4 
    C组 C1 C2 C3 
    D组 D1 D2 
    E组 E1

    接下来的过程应该不必我多说了。重复前面的方法,尽可能淘汰无法进前N名的马,于是后面的马就越来越少,你所需要的比赛也会越来越少。

    那么,对于这个题,聪明的你知道最少要比赛几场了吗?

    举一反三,如果有64匹马,8个赛道呢?不失一般性,如果有N匹马,M个赛道呢?N = M*M,那么公式是什么呢?

    期待你的答案!

    (转载本站文章请注明作者和出处 酷壳 – CoolShell.cn ,请勿用于任何商业用途)

    ———————————————————————————————————————

    #43的解答:

    好早听说过这个题目,自习思考过方法,尽可能的让每次赛马后淘汰最多的马(这个思想很好)
    和楼主最初一样,先分成5组,每组5匹,编号ABCDE,组内赛完后,共计五场
    A1 B1 C1 D1 E1
    A2 B2 C2 D2 E2
    A3 B3 C3 D3 E3
    A4 B4 C4 D4 E4
    A5 B5 C5 D5 E5
    第六场若取每组的第一比的话,最终可以淘汰4 + 3 + 2 + 1 = 10 (+ 1选出)
    若取每组的第二比的话,最终可以淘汰4 + 4 + 4 + 2 = 14 (+ 1选出)
    若取每组的第三比的话,最终可以淘汰3 + 3 + 3 + 3 = 12
    … 后面肯定更少
    所以第六场取每组第二比最佳,不妨设第六场顺序为A2 > B2 > C2 > D2 > E2。
    这样第六场后剩余的马有10匹,只需选出前四即可
         B1 C1 D1 E1
    A2 B2
    A3 B3
    A4
    A5
    第七场还是按照上面的原则,尽可能的淘汰最多的马
    选择A3 B2 C1 D1 E1比赛,
    若A3 B2为前两名,那么这四匹马(前五)就找出了,为A2 A3 B1 B2,只用了7场
    若A3为前两名,B2不为前两名,那么就有三匹马(前五)找出了A2 A3 (C1或D1或E1)淘汰B2 B3,最后就只剩五匹马,所以只需要加赛一次,共计8场
    若A3 B2都不为前两名,A3 A4 A5 B2 B3都可以淘汰,最后A2 B1 C1 D1 E1赛一场就可以了。所以只需要8场。

    综合三种情况,最少需要8场

    ——————————————————————————————————————

    第六轮使用最大值进行比较的后续具体解答:

    前5次大家都一样,排序后如下
    A1,A2,A3,A4,A5
    B1,B2,B3,B4,B5
    C1,C2,C3,C4,C5
    D1,D2,D3,D4,D5
    E1,E2,E3,E4,E5
    第六次,最大值比较,找出最快的马

    第7次参加比赛的马匹为
    A2 A3 B2 C2 D1
        (为什么选这几匹马?相当于前面解答里的选第二名)

    下面就3种第7次可能的比赛结果进行分析: 
    1、若第7次的比赛可能的一种结果为:
    A2 A3 B2 C2 D1
    此时必进入前5的是A1、A2、A3
    可能进前5的是A4、A5、B1、B2、C1
    则第8次为
    A4、A5、B1、B2、C1
    取前2名,与A1、A2、A3一起即为前5
    2、若第7比赛结果为B2、A2、C2、A3、D1
    此时必进入前5的是A1、B1、B2
    可能进入前5的是A2、B3、B4、C1
    第8次只要让这4匹马参赛就可以啦
    3、若第7次比赛结果为D1、C2、A2、A3、B1
    此时必进入前5的是A1、B1、C1、D1
    而剩下的第5匹马只可能出现在C2、D2、E1这3匹马中,自然,让这3匹马参加第8次比赛就可以啦
    总之,不管第7次的比赛结果如何,都在第8次比赛中做出适当的安排,即而可以在8次比赛后确定跑得最快的前5匹马。

     

    问题大致是这样的:有36匹马,通过赛马寻找出最快的3匹。跑道可容纳6匹马同时赛跑,请问最快需要几次赛马可以找到最快的3匹马?

        首先假设每匹马的速度不一样,这样分析可以抓住要害。如果有速度相同的马,则问题会稍微复杂一点,但基本思路是一致的。

        先给出一个最简单的方案。36匹马随机分为6组,分别进行赛跑,那么每组的后3名将被淘汰(这些马不可能是最快的),余下18匹马。将剩余的18匹马再次 分为3组进行赛跑,余下9匹。在最后9匹中随机选择6匹进行赛跑,将最快的3匹马与剩下3匹马进行赛跑,最后胜出的3匹马即为所求。总共赛马次数为 6+3+1+1=11

        让我们回顾一下上述的赛马过程。我们发现,最初的6次赛马之后,剩余的18匹马实际上是局部有序 的,每一组赛马的3匹优胜马都是有序的,很显然上面的做法过于简单,存在冗余操作。我们接下来要做的工作实际上类似于归并排序。那么怎么做可以用最少的赛马次数从18匹马中挑选出最快的3匹呢?

        答案是这样的:将第一组中3匹优胜马按排名令为A1,A2,A3,其中A1最快;同理第二组令为B1,B2,B3;第三组C1,C2,C3;以此类推,直 至F1,F2,F3。取A1,B1,C1,D1,E1,F1进行赛跑,为了方便说名,假设结果为 A1>B1>C1>D1>E1>F1。很显然,D1,E1,F1,将被淘汰,于是D、E、F组的其余马也将被淘汰,因为他 们比这3匹马还慢。再看C组,在剩余有竞争力的9匹马中(分别是A1,A2,A3,B1,B2,B3,C1,C2,C3),C1最多只能排第三,那么 C2,C3不可能成为最快的3匹马之一,将其淘汰。同理观察B组,可知B3也不具备成为前三甲的可能,淘汰之!现在只剩下 A1,A2,A3,B1,B2,C1共6匹马,再次进行赛马即得到答案。总共赛马次数为6+1+1=8

        结论:最快通过8次赛马可得答案。

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