scau算法設(shè)計(jì)與分析考試題及答案

1、 算法分析與設(shè)計(jì)期末試卷 學(xué)號(hào)： 班級(jí)：專業(yè)：一、填空題（20分）1.一個(gè)算法就是一個(gè)有窮規(guī)則的集合，其中之規(guī)則規(guī)定了解決某一特殊類(lèi)型問(wèn)題的一系列運(yùn)算，此外，算法還應(yīng)具有以下五個(gè)重要特性:_,_,_,_,_。2.算法的復(fù)雜性有_和_之分，衡量一個(gè)算法好壞的標(biāo)準(zhǔn)是_。3.某一問(wèn)題可用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法求解的顯著特征是_。4.若序列X=B,C,A,D,B,C,D，Y=A,C,B,A,B,D,C,D，請(qǐng)給出序列X和Y的一個(gè)最長(zhǎng)公共子序列_。5.用回溯法解問(wèn)題時(shí)，應(yīng)明確定義問(wèn)題的解空間，問(wèn)題的解空間至少應(yīng)包含_。 6.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的基本思想是將待求解問(wèn)題分解成若干_，先求解_，然后從這些_的解得到原問(wèn)題的解

2、。7.以深度優(yōu)先方式系統(tǒng)搜索問(wèn)題解的算法稱為_(kāi)。8.0-1背包問(wèn)題的回溯算法所需的計(jì)算時(shí)間為_(kāi),用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法所需的計(jì)算時(shí)間為_(kāi)。9.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的兩個(gè)基本要素是_和_。 10.二分搜索算法是利用_實(shí)現(xiàn)的算法。二、綜合題（50分）1.寫(xiě)出設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的主要步驟。2.流水作業(yè)調(diào)度問(wèn)題的johnson算法的思想。3.若n=4，在機(jī)器M1和M2上加工作業(yè)i所需的時(shí)間分別為ai和bi，且(a1,a2,a3,a4)=(4,5,12,10)，(b1,b2,b3,b4)=(8,2,15,9)求4個(gè)作業(yè)的最優(yōu)調(diào)度方案，并計(jì)算最優(yōu)值。4.使用回溯法解0/1背包問(wèn)題：n=3，C=9，V=6,10,3

3、，W=3,4,4,其解空間有長(zhǎng)度為3的0-1向量組成，要求用一棵完全二叉樹(shù)表示其解空間（從根出發(fā)，左1右0），并畫(huà)出其解空間樹(shù)，計(jì)算其最優(yōu)值及最優(yōu)解。5.設(shè)S=X1，X2，···，Xn是嚴(yán)格遞增的有序集，利用二叉樹(shù)的結(jié)點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)S中的元素，在表示S的二叉搜索樹(shù)中搜索一個(gè)元素X，返回的結(jié)果有兩種情形，（1）在二叉搜索樹(shù)的內(nèi)結(jié)點(diǎn)中找到X=Xi，其概率為bi。（2）在二叉搜索樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)中確定X（Xi，Xi+1），其概率為ai。在表示S的二叉搜索樹(shù)T中，設(shè)存儲(chǔ)元素Xi的結(jié)點(diǎn)深度為Ci；葉結(jié)點(diǎn)（Xi，Xi+1）的結(jié)點(diǎn)深度為di，則二叉搜索樹(shù)T的平均路長(zhǎng)p為多少？假設(shè)二叉搜索樹(shù)

4、Tij=Xi，Xi+1，···，Xj最優(yōu)值為mij，Wij= ai-1+bi+···+bj+aj，則mij(1<=i<=j<=n)遞歸關(guān)系表達(dá)式為什么？6.描述0-1背包問(wèn)題。三、簡(jiǎn)答題（30分）1.流水作業(yè)調(diào)度中，已知有n個(gè)作業(yè)，機(jī)器M1和M2上加工作業(yè)i所需的時(shí)間分別為ai和bi，請(qǐng)寫(xiě)出流水作業(yè)調(diào)度問(wèn)題的johnson法則中對(duì)ai和bi的排序算法。（函數(shù)名可寫(xiě)為sort(s,n)）2.最優(yōu)二叉搜索樹(shù)問(wèn)題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法（設(shè)函數(shù)名binarysearchtree)）答案：一、填空1確定性 有窮性 可行性 0個(gè)或多個(gè)輸

5、入 一個(gè)或多個(gè)輸出2.時(shí)間復(fù)雜性 空間復(fù)雜性 時(shí)間復(fù)雜度高低 3. 該問(wèn)題具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì) 4.BABCD或CABCD或CADCD 5.一個(gè)（最優(yōu)）解 6.子問(wèn)題 子問(wèn)題 子問(wèn)題 7.回溯法 8. o(n*2n) o(minnc,2n)9.最優(yōu)子結(jié)構(gòu) 重疊子問(wèn)題10.動(dòng)態(tài)規(guī)劃法二、綜合題1.問(wèn)題具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)；構(gòu)造最優(yōu)值的遞歸關(guān)系表達(dá)式； 最優(yōu)值的算法描述；構(gòu)造最優(yōu)解；2. 令N1=i|ai<bi，N2=i|ai>=bi；將N1中作業(yè)按ai的非減序排序得到N1，將N2中作業(yè)按bi的非增序排序得到N2；N1中作業(yè)接N2中作業(yè)就構(gòu)成了滿足Johnson法則的最優(yōu)調(diào)度。3.步驟為：

6、N1=1，3，N2=2，4；N1=1，3， N2=4，2；最優(yōu)值為：384.解空間為(0,0,0),(0,1,0),(0,0,1),(1,0,0),(0,1,1),(1,0,1),(1,1,0),(1,1,1)。解空間樹(shù)為：ABCFEDGKJIHONML11100001011010該問(wèn)題的最優(yōu)值為：16 最優(yōu)解為：（1，1，0）5.二叉樹(shù)T的平均路長(zhǎng)P=+ mij=Wij+minmik+mk+1j (1<=i<=j<=n,mii-1=0)mij=0 (i>j)6.已知一個(gè)背包的容量為C，有n件物品，物品i的重量為Wi，價(jià)值為Vi，求應(yīng)如何選擇裝入背包中的物品，使得裝入背

7、包中物品的總價(jià)值最大。三、簡(jiǎn)答題1.void sort(flowjope s,int n) int i,k,j,l; for(i=1;i<=n-1;i+)/-選擇排序 k=i; while(k<=n&&sk.tag!=0) k+; if(k>n) break;/-沒(méi)有ai，跳出 else for(j=k+1;j<=n;j+) if(sj.tag=0) if(sk.a>sj.a) k=j; swap(si.index,sk.index); swap(si.tag,sk.tag); l=i;/-記下當(dāng)前第一個(gè)bi的下標(biāo) for(i=l;i<=n-

8、1;i+) k=i; for(j=k+1;j<=n;j+) if(sk.b<sj.b) k=j; swap(si.index,sk.index); /-只移動(dòng)index和tag swap(si.tag,sk.tag); 2.void binarysearchtree(int a,int b,int n,int *m,int *s,int *w) int i,j,k,t,l; for(i=1;i<=n+1;i+) wii-1=ai-1; mii-1=0; for(l=0;l<=n-1;l+)/-l是下標(biāo)j-i的差for(i=1;i<=n-l;i+) j=i+l;wi

9、j=wij-1+aj+bj;mij=mii-1+mi+1j+wij;sij=i;for(k=i+1;k<=j;k+) t=mik-1+mk+1j+wij;if(t<mij) mij=t;sij=k;一、 填空題（本題15分，每小題1分）1、 算法就是一組有窮的 ，它們規(guī)定了解決某一特定類(lèi)型問(wèn)題的 。2、 在進(jìn)行問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜性分析之前，首先必須建立求解問(wèn)題所用的計(jì)算模型。3個(gè)基本計(jì)算模型是 、 、 。3、 算法的復(fù)雜性是 的度量，是評(píng)價(jià)算法優(yōu)劣的重要依據(jù)。4、 計(jì)算機(jī)的資源最重要的是 和 資源。因而，算法的復(fù)雜性有 和 之分。5、 f(n)= 6×2n+n2，f(n)的漸

10、進(jìn)性態(tài)f(n)= O(    )6、 貪心算法總是做出在當(dāng)前看來(lái) 的選擇。也就是說(shuō)貪心算法并不從整體最優(yōu)考慮，它所做出的選擇只是在某種意義上的 。7、 許多可以用貪心算法求解的問(wèn)題一般具有2個(gè)重要的性質(zhì)： 性質(zhì)和 性質(zhì)。二、簡(jiǎn)答題（本題25分，每小題5分）1、 簡(jiǎn)單描述分治法的基本思想。2、 簡(jiǎn)述動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法所運(yùn)用的最優(yōu)化原理。3、 何謂最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)？4、 簡(jiǎn)單描述回溯法基本思想。5、 何謂P、NP、NPC問(wèn)題三、算法填空（本題20分，每小題5分）1、n后問(wèn)題回溯算法(1)用二維數(shù)組ANN存儲(chǔ)皇后位置,若第i行第j列放有皇后,則Aij為非0值,否則值為0。(2)

11、分別用一維數(shù)組MN、L2*N-1、R2*N-1表示豎列、左斜線、右斜線是否放有棋子，有則值為1,否則值為0。for(j=0;j<N;j+) if( 1 ) /*安全檢查*/ Aij=i+1; /*放皇后*/ 2 ； if(i=N-1) 輸出結(jié)果； else 3 ；; /*試探下一行*/ 4 ； /*去皇后*/ 5 ；; 2、數(shù)塔問(wèn)題。有形如下圖所示的數(shù)塔，從頂部出發(fā)，在每一結(jié)點(diǎn)可以選擇向左走或是向右走，一起走到底層，要求找出一條路徑，使路徑上的值最大。for(r=n-2;r>=0;r-) /自底向上遞歸計(jì)算for(c=0; 1 ;c+) if( tr+1c>tr+1c+1)

12、2 ；else 3 ；3、Hanoi算法Hanoi(n,a,b,c)if （n=1） 1 ；else 2 ； 3 ；Hanoi(n-1,b, a, c);4、Dijkstra算法求單源最短路徑du:s到u的距離 pu:記錄前一節(jié)點(diǎn)信息Init-single-source(G,s)for each vertex vVG do dv=; 1 ds=0Relax(u,v,w)if dv>du+w(u,v)then dv=du+wu,v; 2 dijkstra(G,w,s)1. Init-single-source(G,s) 2. S= 3. Q=VG4.while Q<> do u

13、=min(Q) S=Su for each vertex 3 do 4 四、算法理解題（本題10分）根據(jù)優(yōu)先隊(duì)列式分支限界法，求下圖中從v1點(diǎn)到v9點(diǎn)的單源最短路徑，請(qǐng)畫(huà)出求得最優(yōu)解的解空間樹(shù)。要求中間被舍棄的結(jié)點(diǎn)用×標(biāo)記，獲得中間解的結(jié)點(diǎn)用單圓圈框起，最優(yōu)解用雙圓圈框起。五、算法理解題（本題5分）設(shè)有n=2k個(gè)運(yùn)動(dòng)員要進(jìn)行循環(huán)賽，現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)滿足以下要求的比賽日程表：每個(gè)選手必須與其他n-1名選手比賽各一次；每個(gè)選手一天至多只能賽一次；循環(huán)賽要在最短時(shí)間內(nèi)完成。（1）如果n=2k，循環(huán)賽最少需要進(jìn)行幾天；（2）當(dāng)n=23=8時(shí)，請(qǐng)畫(huà)出循環(huán)賽日程表。六、算法設(shè)計(jì)題（本題15分）分別用貪

14、心算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、回溯法設(shè)計(jì)0-1背包問(wèn)題。要求：說(shuō)明所使用的算法策略；寫(xiě)出算法實(shí)現(xiàn)的主要步驟；分析算法的時(shí)間。七、算法設(shè)計(jì)題（本題10分）通過(guò)鍵盤(pán)輸入一個(gè)高精度的正整數(shù)n(n的有效位數(shù)240)，去掉其中任意s個(gè)數(shù)字后，剩下的數(shù)字按原左右次序?qū)⒔M成一個(gè)新的正整數(shù)。編程對(duì)給定的n 和s，尋找一種方案，使得剩下的數(shù)字組成的新數(shù)最小。【樣例輸入】178543S=4【樣例輸出】13一、填空題（本題15分，每小題1分）1規(guī)則 一系列運(yùn)算2. 隨機(jī)存取機(jī)RAM(Random Access Machine)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)程序機(jī)RASP(Random Access Stored Program Machin

15、e)；圖靈機(jī)(Turing Machine)3.   算法效率4.  時(shí)間 、空間、時(shí)間復(fù)雜度、 空間復(fù)雜度52n 6 最好 局部最優(yōu)選擇7. 貪心選擇 最優(yōu)子結(jié)構(gòu)二、簡(jiǎn)答題（本題25分，每小題5分）6、 分治法的基本思想是將一個(gè)規(guī)模為n的問(wèn)題分解為k個(gè)規(guī)模較小的子問(wèn)題，這些子問(wèn)題互相獨(dú)立且與原問(wèn)題相同；對(duì)這k個(gè)子問(wèn)題分別求解。如果子問(wèn)題的規(guī)模仍然不夠小，則再劃分為k個(gè)子問(wèn)題，如此遞歸的進(jìn)行下去，直到問(wèn)題規(guī)模足夠小，很容易求出其解為止；將求出的小規(guī)模的問(wèn)題的解合并為一個(gè)更大規(guī)模的問(wèn)題的解，自底向上逐步求出原來(lái)問(wèn)題的解。7、

16、“最優(yōu)化原理”用數(shù)學(xué)化的語(yǔ)言來(lái)描述：假設(shè)為了解決某一優(yōu)化問(wèn)題，需要依次作出n個(gè)決策D1，D2，Dn，如若這個(gè)決策序列是最優(yōu)的，對(duì)于任何一個(gè)整數(shù)k，1 < k < n，不論前面k個(gè)決策是怎樣的，以后的最優(yōu)決策只取決于由前面決策所確定的當(dāng)前狀態(tài)，即以后的決策Dk+1，Dk+2，Dn也是最優(yōu)的。8、 某個(gè)問(wèn)題的最優(yōu)解包含著其子問(wèn)題的最優(yōu)解。這種性質(zhì)稱為最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。9、 回溯法的基本思想是在一棵含有問(wèn)題全部可能解的狀態(tài)空間樹(shù)上進(jìn)行深度優(yōu)先搜索，解為葉子結(jié)點(diǎn)。搜索過(guò)程中，每到達(dá)一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，則判斷該結(jié)點(diǎn)為根的子樹(shù)是否含有問(wèn)題的解，如果可以確定該子樹(shù)中不含有問(wèn)題的解，則放棄對(duì)該子樹(shù)的搜索，退

17、回到上層父結(jié)點(diǎn)，繼續(xù)下一步深度優(yōu)先搜索過(guò)程。在回溯法中，并不是先構(gòu)造出整棵狀態(tài)空間樹(shù)，再進(jìn)行搜索，而是在搜索過(guò)程，逐步構(gòu)造出狀態(tài)空間樹(shù)，即邊搜索，邊構(gòu)造。10、 P(Polynomial問(wèn)題)：也即是多項(xiàng)式復(fù)雜程度的問(wèn)題。NP就是Non-deterministic Polynomial的問(wèn)題，也即是多項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問(wèn)題。NPC(NP Complete)問(wèn)題，這種問(wèn)題只有把解域里面的所有可能都窮舉了之后才能得出答案，這樣的問(wèn)題是NP里面最難的問(wèn)題，這種問(wèn)題就是NPC問(wèn)題。三、算法填空（本題20分，每小題5分）1、n后問(wèn)題回溯算法(1) !Mj&&!Li+j&am

18、p;&!Ri-j+N(2) Mj=Li+j=Ri-j+N=1;(3) try(i+1,M,L,R,A) (4) Aij=0 (5) Mj=Li+j=Ri-j+N=02、數(shù)塔問(wèn)題。（1）c<=r(2)trc+=tr+1c（3）trc+=tr+1c+13、Hanoi算法（1）move(a,c)（2）Hanoi(n-1, a, c , b)（3）Move(a,c)4、（1）pv=NIL（2）pv=u(3) vadju（4）Relax(u,v,w)四、算法理解題（本題10分）1 2 3 4 5 6 7 82 1 4 3 6 5 8 73 4 1 2 7 8 5 64 3 2 1 8 7

19、6 55 6 7 8 1 2 3 46 5 8 7 2 1 4 37 8 5 6 3 4 1 28 7 6 5 4 3 2 1五、（1）8天（2分）；（2）當(dāng)n=23=8時(shí)，循環(huán)賽日程表（3分）。六、算法設(shè)計(jì)題（本題15分）（1）貪心算法 O（nlog（n）Ø 首先計(jì)算每種物品單位重量的價(jià)值Vi/Wi，然后，依貪心選擇策略，將盡可能多的單位重量?jī)r(jià)值最高的物品裝入背包。若將這種物品全部裝入背包后，背包內(nèi)的物品總重量未超過(guò)C，則選擇單位重量?jī)r(jià)值次高的物品并盡可能多地裝入背包。依此策略一直地進(jìn)行下去，直到背包裝滿為止。Ø 具體算法可描述如下：void Knapsack(int n

20、,float M,float v,float w,float x)Sort(n,v,w);int i;for (i=1;i<=n;i+) xi=0;float c=M;for (i=1;i<=n;i+) if (wi>c) break;xi=1;c-=wi;if (i<=n) xi=c/wi;（2）動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 O(nc)m(i，j)是背包容量為j，可選擇物品為i，i+1，n時(shí)0-1背包問(wèn)題的最優(yōu)值。由0-1背包問(wèn)題的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以建立計(jì)算m(i，j)的遞歸式如下。void KnapSack(int v,int w,int c,int n,int m11)int j

21、Max=min(wn-1,c);for (j=0;j<=jMax;j+) /*m(n,j)=0 0=<j<wn*/mnj=0;for (j=wn;j<=c;j+) /*m(n,j)=vn j>=wn*/mnj=vn;for (i=n-1;i>1;i-) int jMax=min(wi-1,c);for (j=0;j<=jMax;j+) /*m(i,j)=m(i+1,j) 0=<j<wi*/ mij=mi+1j;for (j=wi;j<=c;j+)/*m(n,j)=vn j>=wn*/ mij=max(mi+1j,mi+1j-wi

22、+vi);m1c=m2c;if(c>=w1)m1c=max(m1c,m2c-w1+v1);（3）回溯法 O(2n)cw:當(dāng)前重量 cp:當(dāng)前價(jià)值 bestp：當(dāng)前最優(yōu)值void backtrack(int i) /回溯法  i初值1    if(i > n) /到達(dá)葉結(jié)點(diǎn) bestp = cp;              return;  

23、60;                  if(cw + wi <= c) /搜索左子樹(shù)              cw += wi;   cp += pi;               backtrack(i+1);