java算法：分治法

java算法：分治法

分治法用于算法设计的最重要实例：在一个程序中使用两个或多个递归调用。

例1：用分治法找到最大值

static double max(double a[], int l, int r){
    if(l == r){
        return a[l];
    }
    int m = (l + r)/2;
    double u = max(a, l , m);
    double v = max(a, m + 1, r);
    if(u > u){
        return u;
    }else{
        return v:
    }
}

static double max(double a[], int l, int r){
	if(l == r){
		return a[l];
	}
	int m = (l + r)/2;
	double u = max(a, l , m);
	double v = max(a, m + 1, r);
	if(u > u){
		return u;
	}else{
		return v:
	}
}

分治法比简单的循环算法更加快捷。

一个有趣的例子：3个柱子和N个与柱子配套的盘子，盘子大小不同，从N（大）到1（小）的顺序放在其中一个柱子上。任务：移动到最右边的柱子上。一次只能移动一个，大的盘子不能放在小的盘子上。

例2：汉诺塔问题的递归分治法所产生的解决方法要移动2的N次方-1次。

static void hannoi(int n, int d){
    if(n == 0){
        return;
    }
    hanoi(n - 1, -d);
    shift(n, d);
    hanoi(n - 1, -d);
}

static void hannoi(int n, int d){
	if(n == 0){
		return;
	}
	hanoi(n - 1, -d);
	shift(n, d);
	hanoi(n - 1, -d);
}

例3：用分治法画刻尺

static void rule(int l, int r, int h){
    int m = (l + r)/2;
    if(h > 0){
        rule(l, m, h - 1);
        mark(m, h);
        rule(m, r, h - 1);
    }
}

static void rule(int l, int r, int h){
	int m = (l + r)/2;
	if(h > 0){
		rule(l, m, h - 1);
		mark(m, h);
		rule(m, r, h - 1);
	}
}

对于任意给定的i，有更简单的方法来计算第i个标记长度：即i的二进制尾数0的个数。

0 0 0 0 1
0 0 0 1 0  1
0 0 0 1 1
0 0 1 0 0  2
0 0 1 0 1
0 0 1 1 0  1
0 0 1 1 1
0 1 0 0 0  3
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0  1
0 1 0 1 1
0 1 1 0 0  2
0 1 1 0 1
0 1 1 1 0  1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 0  4
1 0 0 0 1
1 0 0 1 0  1
...

0 0 0 0 1
0 0 0 1 0  1
0 0 0 1 1
0 0 1 0 0  2
0 0 1 0 1 
0 0 1 1 0  1
0 0 1 1 1 
0 1 0 0 0  3
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0  1
0 1 0 1 1  
0 1 1 0 0  2
0 1 1 0 1 
0 1 1 1 0  1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 0  4
1 0 0 0 1
1 0 0 1 0  1
...

例4：画刻尺的非递归程序

static void rule(int l, int r, int h){
    for(int t = 1, j = 1; t <= h; j += j, t++){
        for(int i = 0; l +j + i <= r; i += j + j){
            mark(l + j + i, t);
        }
    }
}

static void rule(int l, int r, int h){
	for(int t = 1, j = 1; t <= h; j += j, t++){
		for(int i = 0; l +j + i <= r; i += j + j){
			mark(l + j + i, t);
		}
	}
} 

一般来说，许多递归程序取决于解决子问题的特定顺序，但对于另一些算法（用分治法找最大值），则与解决子问题的顺序无关。对于这样的算法，唯一的限制条件是我们再解决主问题之前必须先解决子问题。什么时候可以重排计算是很重要的。在考虑并行处理器上实现算法时，这个问题就更重要了。自底向上的方法与一般算法设计的思路是一样的，即总先解决那些容易处理的子问题，然后把这些解结合起来，从而解决稍大的子问题，直到整个问题得于解决，这种方法就是分治法。

快速排序和折半查找是基本的分治法思想的变体，即把问题分成大小为k-1和N-k的子问题，k值由输入决定。