高中信息技術(shù) 全國(guó)青少年奧林匹克聯(lián)賽教案 遞推法

1、算法在信息學(xué)奧賽中的應(yīng)用 (遞推法)所謂遞推，是指從已知的初始條件出發(fā)，依據(jù)某種遞推關(guān)系，逐次推出所要求的各中間結(jié)果及最后結(jié)果。其中初始條件或是問(wèn)題本身已經(jīng)給定，或是通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析與化簡(jiǎn)后確定。可用遞推算法求解的題目一般有以下二個(gè)特點(diǎn)：（1） 問(wèn)題可以劃分成多個(gè)狀態(tài)；（2） 除初始狀態(tài)外，其它各個(gè)狀態(tài)都可以用固定的遞推關(guān)系式來(lái)表示。在我們實(shí)際解題中，題目不會(huì)直接給出遞推關(guān)系式，而是需要通過(guò)分析各種狀態(tài)，找出遞推關(guān)系式。遞推法應(yīng)用例1騎士游歷:（noip1997tg）設(shè)有一個(gè)n*m的棋盤(pán)(2<=n<=50,2<=m<=50),如下圖,在棋盤(pán)上任一點(diǎn)有一個(gè)中國(guó)象棋馬,馬走

2、的規(guī)則為:1.馬走日字 2.馬只能向右走，即如下圖所示:任務(wù)1:當(dāng)N,M 輸入之后,找出一條從左下角到右上角的路徑。例如:輸入 N=4,M=4輸出:路徑的格式:(1,1)->(2,3)->(4,4) 若不存在路徑,則輸出"no"任務(wù)2:當(dāng)N,M 給出之后,同時(shí)給出馬起始的位置和終點(diǎn)的位置,試找出從起點(diǎn)到終點(diǎn)的所有路徑的數(shù)目。例如:(N=10,M=10),(1,5)(起點(diǎn)),(3,5)(終點(diǎn))輸出:2(即由(1,5)到(3,5)共有2條路徑)輸入格式:n,m,x1,y1,x2,y2(分別表示n,m,起點(diǎn)坐標(biāo),終點(diǎn)坐標(biāo))輸出格式:路徑數(shù)目(若不存在從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑

3、,輸出0)算法分析：為了研究的方便，我們先將棋盤(pán)的橫坐標(biāo)規(guī)定為i，縱坐標(biāo)規(guī)定為j，對(duì)于一個(gè)n×m的棋盤(pán)，i的值從1到n，j的值從1到m。棋盤(pán)上的任意點(diǎn)都可以用坐標(biāo)(i,j)表示。對(duì)于馬的移動(dòng)方法，我們用K來(lái)表示四種移動(dòng)方向(1,2,3,4)；而每種移動(dòng)方法用偏移值來(lái)表示，并將這些偏移值分別保存在數(shù)組dx和dy中，如下表 KDxkDyk12122-131241-2 根據(jù)馬走的規(guī)則，馬可以由（i-dxk,j-dyk）走到(i,j)。只要馬能從（1，1）走到（i-dxk,j-dyk），就一定能走到（i,j）,馬走的坐標(biāo)必須保證在棋盤(pán)上。我們以（n,m）為起點(diǎn)向左遞推，當(dāng)遞推到（i-dxk,

4、j-dyk）的位置是（1，1）時(shí)，就找到了一條從（1，1）到（n,m）的路徑。我們用一個(gè)二維數(shù)組a表示棋盤(pán)，對(duì)于任務(wù)一，使用倒推法，從終點(diǎn)(n,m)往左遞推， 設(shè)初始值an,m為（-1，-1），如果從(i,j)一步能走到(n,m)，就將(n,m)存放在ai,j中。如下表，a3,2和a2,3的值是（4，4），表示從這兩個(gè)點(diǎn)都可以到達(dá)坐標(biāo)（4,4）。從（1,1）可到達(dá)（2，3）、（3，2）兩個(gè)點(diǎn)，所以a1,1存放兩個(gè)點(diǎn)中的任意一個(gè)即可。遞推結(jié)束以后，如果a1,1值為(0,0)說(shuō)明不存在路徑，否則a1,1值就是馬走下一步的坐標(biāo)，以此遞推輸出路徑。-1,-14,44,42,3  &

5、#160;任務(wù)一的源程序：const dx:array1.4of integer=(2,2,1,1); dy:array1.4of integer=(1,-1,2,-2);type map=record x,y:integer; end;var i,j,n,m,k:integer; a:array0.50,0.50of map;begin read(n,m); fillchar(a,sizeof(a),0); an,m.x:=-1;an,m.y:=-1;標(biāo)記為終點(diǎn) for i:=n downto 2 do 倒推 for j:=1 to m do if ai,j.x<>0 then

6、for k:=1 to 4 do begin ai-dxk,j-dyk.x:=i; ai-dxk,j-dyk.y:=j; end; if a1,1.x=0 then writeln('no') else begin存在路徑 i:=1;j:=1; write('(',i,',',j,')'); while ai,j.x<>-1 dobegin k:=i;i:=ai,j.x;j:=ak,j.y; write('->(',i,',',j,')'); end; end;en

7、d.對(duì)于任務(wù)二，也可以使用遞推法，用數(shù)組Ai,j存放從起點(diǎn)(x1,y1)到（i,j）的路徑總數(shù)，按同樣的方法從左向右遞推，一直遞推到（x2,y2），ax2,y2即為所求的解。源程序（略）在上面的例題中，遞推過(guò)程中的某個(gè)狀態(tài)只與前面的一個(gè)狀態(tài)有關(guān)，遞推關(guān)系并不復(fù)雜，如果在遞推中的某個(gè)狀態(tài)與前面的所有狀態(tài)都有關(guān)，就不容易找出遞推關(guān)系式，這就需要我們對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析與歸納，從中找到突破口，總結(jié)出遞推關(guān)系式。我們可以按以下四個(gè)步驟去分析：（1）細(xì)心的觀察；（2）豐富的聯(lián)想；（3）不斷地嘗試；（4）總結(jié)出遞推關(guān)系式。下面我們?cè)倏匆粋€(gè)復(fù)雜點(diǎn)的例子。例2、棧（noip2003pj）題目大意：求n個(gè)數(shù)通過(guò)棧

8、后的排列總數(shù)。（1n18）如輸入 3 輸出 5算法分析：先模擬入棧、出棧操作，看看能否找出規(guī)律，我們用f(n)表示n個(gè)數(shù)通過(guò)棧操作后的排列總數(shù)，當(dāng)n很小時(shí)，很容易模擬出f(1)=1；f(2)=2；f(3)=5,通過(guò)觀察，看不出它們之間的遞推關(guān)系，我們?cè)俜治鯪=4的情況，假設(shè)入棧前的排列為“4321”，按第一個(gè)數(shù)“4”在出棧后的位置進(jìn)行分情況討論：（1） 若“4”最先輸出，剛好與N=3相同，總數(shù)為f(3);（2） 若“4”第二個(gè)輸出，則在“4”的前只能是“1”，“23”在“4”的后面，這時(shí)可以分別看作是N=1和N=2時(shí)的二種情況，排列數(shù)分別為f(1)和f(2),所以此時(shí)的總數(shù)為f(1)*f(2)

9、;（3） 若“4”第三個(gè)輸出，則“4”的前面二個(gè)數(shù)為“12”,后面一個(gè)數(shù)為“3”，組成的排列總數(shù)為f(2)*f(1);（4） 若“4”第四個(gè)輸出，與情況（1）相同，總數(shù)為f(3);所以有：f(4)=f(3)+f(1)*f(2)+f(2)*f(1)+f(3);若設(shè)0個(gè)數(shù)通過(guò)棧后的排列總數(shù)為：f(0)=1；上式可變?yōu)椋篺(4)=f(0)*f(3)+f(1)*f(2)+f(2)*f(1)+f(3)*f(0);再進(jìn)一步推導(dǎo)，不難推出遞推式：f(n)=f(0)*f(n-1)+f(1)*f(n-2)+f(n-1)*f(0);即f(n)= (n>=1)初始值：f(0)=1;有了以上遞推式，就很容易用遞推法寫(xiě)出程序。var a:array0.18of longint; n,i,j:integer;begin readln(n); fillchar(a,sizeof(a),0); a0:=1; for i