关于算法:田忌赛马算法详解

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读完本文,能够去力扣解决如下题目:

870. 劣势洗牌(Medium


田忌赛马的故事大家应该都据说过:

田忌和齐王赛马,两人的马分上中下三等,如果同等级的马对应着较量,田忌赢不了齐王。然而田忌遇到了孙膑,孙膑就教他用本人的下等马对齐王的上等马,再用本人的上等马对齐王的中等马,最初用本人的中等马对齐王的下等马,后果三局两胜,田忌赢了。

当然,这段历史也挺有意思的,那个讽齐王纳谏,自恋的不行的邹忌和田忌是同一期间的人,他俩起初就杠上了。不过这是题外话,咱们这里就打住。

以前学到田忌赛马课文的时,我就在想,如果不是三匹马较量,而是一百匹马较量,孙膑还能不能正当地安顿较量的程序,博得齐王呢?

过后没想出什么好的点子,只感觉这外面最外围问题是要尽可能让本人占便宜,让对方吃亏。总结来说就是,打得过就打,打不过就拿本人的垃圾和对方的精锐调换

不过,我始终没具体把这个思路实现进去,直到最近刷到力扣第 870 题「劣势洗牌」,一眼就发现这是田忌赛马问题的加强版:

给你输出两个 长度相等 的数组 nums1nums2,请你从新组织 nums1 中元素的地位,使得 nums1 的「劣势」最大化。

如果 nums1[i] > nums2[i],就是说nums1 在索引 i 上对 nums2[i] 有「劣势」。劣势最大化也就是说让你从新组织 nums1 尽可能多的让nums[i] > nums2[i]

算法签名如下:

int[] advantageCount(int[] nums1, int[] nums2);

比方输出:

nums1 = [12,24,8,32]
nums2 = [13,25,32,11]

你的算法应该返回 [24,32,8,12],因为这样排列nums1 的话有三个元素都有「劣势」。

这就像田忌赛马的情景,nums1就是田忌的马,nums2就是齐王的马,数组中的元素就是马的战斗力,你就是孙膑,展现你真正的技术吧

认真想想,这个题的解法还是有点错综复杂的。什么时候应该放弃抵制去送人头,什么时候应该硬刚?这外面应该有一种算法策略来最大化「劣势」。

送人头肯定是迫不得已而为之的权宜之计,否则隔壁田忌就要开语音骂你菜了。只有田忌的上等马比不过齐王的上等马时,所以才会用下等马去和齐王的上等马调换。

对于比较复杂的问题,能够尝试从非凡状况思考。

你想,谁应该去应答齐王最快的马?必定是田忌最快的那匹马,咱们简称一号选手。

如果田忌的一号选手比不过齐王的一号选手,那其余马必定是白给了,显然这种状况必定应该用田忌垫底的马去送人头,升高己方损失,保存实力,减少接下来较量的胜率。

但如果田忌的一号选手能比得过齐王的一号选手,那就和齐王硬刚好了,反正这把田忌能够赢。

你兴许说,这种状况下说不定田忌的二号选手也无能得过齐王的一号选手?如果能够的话,让二号选手去对决齐王的一号选手,不是更节约?

就好比,如果考 60 分就能过的话,何必考 61 分?每多考一分就亏一分,刚刚好卡在 60 分是最划算的。

这种节约的策略是没问题的,然而没有必要。这也是本题乏味的中央,须要绕个脑筋急转弯

咱们暂且把田忌的一号选手称为T1,二号选手称为T2,齐王的一号选手称为Q1

如果 T2 能赢 Q1,你试图保留己方实力,让T2 去战 Q1,把T1 留着是为了凑合谁?

显然,你放心齐王还有战力大于 T2 的马,能够让 T1 去凑合。

然而你认真想想,当初 T2 曾经是能够战败 Q1 的了,Q1可是齐王的最快的马耶,齐王剩下的那些马里,怎么可能还有比 T2 更强的马?

所以,没必要节约,最初咱们得出的策略就是:

将齐王和田忌的马依照战斗力排序,而后依照排名一一比照。如果田忌的马能赢,那就较量,如果赢不了,那就换个垫底的来送人头,保存实力。

上述思路的代码逻辑如下:

int n = nums1.length;

sort(nums1); // 田忌的马
sort(nums2); // 齐王的马

// 从最快的马开始比
for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {if (nums1[i] > nums2[i]) {// 比得过,跟他比} else {// 比不过,换个垫底的来送人头}
}

依据这个思路,咱们须要对两个数组排序,然而 nums2 中元素的程序不能扭转,因为计算结果的程序依赖 nums2 的程序,所以不能间接对 nums2 进行排序,而是利用其余数据结构来辅助。

同时,最终的解法还用到前文 双指针技巧汇总 总结的双指针算法模板,用以解决「送人头」的状况:

int[] advantageCount(int[] nums1, int[] nums2) {
    int n = nums1.length;
    // 给 nums2 降序排序
    PriorityQueue<int[]> maxpq = new PriorityQueue<>((int[] pair1, int[] pair2) -> {return pair2[1] - pair1[1];
        }
    );
    for (int i = 0; i < n; i++) {maxpq.offer(new int[]{i, nums2[i]});
    }
    // 给 nums1 升序排序
    Arrays.sort(nums1);

    // nums1[left] 是最小值,nums1[right] 是最大值
    int left = 0, right = n - 1;
    int[] res = new int[n];

    while (!maxpq.isEmpty()) {int[] pair = maxpq.poll();
        // maxval 是 nums2 中的最大值,i 是对应索引
        int i = pair[0], maxval = pair[1];
        if (maxval < nums1[right]) {// 如果 nums1[right] 能胜过 maxval,那就本人上
            res[i] = nums1[right];
            right--;
        } else {
            // 否则用最小值混一下,竭尽全力
            res[i] = nums1[left];
            left++;
        }
    }
    return res;
}

算法的工夫复杂度很好剖析,也就是二叉堆和排序的复杂度O(nlogn)

至此,这道田忌赛马的题就解决了,其代码实现上用到了双指针技巧,从最快的马开始,比得过就比,比不过就送,这样就能对任意数量的马求取一个最优的较量策略了。

好了,田忌赛马的问题没什么可说的了,有趣味无妨理解下田忌和邹忌的故事,值得思考。

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正文完
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