剪繩子問題-思考總結(jié)

問題:一根長(zhǎng)度為 n 的繩子,把繩子剪成m 段(m、n都是整數(shù),n>1并且m>1),每段繩子的長(zhǎng)度記為 k[0],...k[m] 。那么 k[0]...k[m] 可能的最大乘積是多少?
思考一:
如果一根繩子分成兩段,可知平均分成兩段時(shí),得到的乘積最大,這在數(shù)學(xué)上很容易證明(暫不考慮整數(shù)的問題)。同理,一份繩子分成m段時(shí),盡可能的平均分隔,各段繩子的長(zhǎng)度累積是最大的。例如n=8時(shí),分隔成3、3、2三段,得到最大乘積3×3×2=18。
根據(jù)這個(gè)結(jié)論,開始第一種解法:

def rope(n):
    k= 0
    #對(duì)于段數(shù)m,有n-1中選擇
    for m in range(2, n + 1):
        # 盡可能的平均分隔成m段
        a = n // m    #每段初始長(zhǎng)度為a
        b= n % m    #余下的長(zhǎng)度為b,可以平均分?jǐn)偟絤段中的b段上
        # 可以得到 b段長(zhǎng)度為a+1的繩子、m-b段長(zhǎng)度為a的繩子
        p = (a + 1) ** (b) * a** (m - b) 
        # 每次把得到的乘積p與前面的比較,保留最大值
        if k < p:
            k=p
    # 循環(huán)結(jié)束后,返回這個(gè)最大值
    return k

現(xiàn)在,我們已經(jīng)成功的解決了剪繩子這個(gè)問題,但并不符合python崇尚的“簡(jiǎn)潔”理念。雖然代碼看著很簡(jiǎn)潔,但是這個(gè)代碼中,我們要計(jì)算n-1種剪法的結(jié)果,并返回其中的最大值,對(duì)于n比較大的情況,計(jì)算量相當(dāng)?shù)拇蟆`藕?,是不是有想法了呢,我們要?yōu)化的不是代碼本身,而是通過思考和推理找出一個(gè)最優(yōu)剪法。
思考二:平均分雖然可以找到最優(yōu)剪法,但分的越大好呢還是分的越小好呢?當(dāng)然萬(wàn)事皆有度,大到分成兩段當(dāng)然不是最優(yōu)解,小到分成每段長(zhǎng)度為1也不是最優(yōu)解,所以要找到一個(gè)超有度的“神奇數(shù)字”。先假定分成2或3是比較好的剪法,以6為例,2×2×2=8,3×3=9,顯然分成3比分成2更好,為什么呢?暫且認(rèn)為3比2更神奇吧!再來(lái)看4,4=2+2,2×2=4,所以4和2差不多。再來(lái)看看5,5=2+3,2+3=6,所以能分成5的一定可以分成2和3進(jìn)而得到6,pass掉。6呢:6=3+3,3×3=9,繼續(xù)pass。7呢:7=3+2+2,3×2×2=12...
有沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)字n越大,分成2和3得到的乘積就越比n大,所以無(wú)論這個(gè)數(shù)字多大,分成2和3才是最優(yōu)剪法。而3又比2神奇,所以能分成3的全部分成3,不夠分成3的就分成2,含有2的有兩種情況(余2:1段長(zhǎng)度為2;余1:余的1和一個(gè)3合成兩個(gè)2,即兩段長(zhǎng)度為2)。

def CutRope(n):
    if n <=3:
        return n-1
    a = n//3  
    b = n%3
    if b ==0:  # 每段的長(zhǎng)度都為3
        k=3**a
    elif b == 1: # a-1段長(zhǎng)度為3,2段長(zhǎng)度為2
        k=3**(a-1)*4
    else:  # a段長(zhǎng)度為3,1段長(zhǎng)度為2
        k=3**a*2
    return k

數(shù)學(xué)上應(yīng)該有更嚴(yán)格的證明,but I don't care !

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