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2023-08-21 19:33:45 +08:00
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commit 106f02809a
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@@ -23,7 +23,7 @@
- 前序遍历:`[ 根节点 | 左子树 | 右子树 ]` ,例如上图 `[ 3 | 9 | 2 1 7 ]`
- 中序遍历:`[ 左子树 | 根节点 右子树 ]` ,例如上图 `[ 9 | 3 | 1 2 7 ]`
以上图数据为例,我们可以通过下步骤得到上述的划分结果:
以上图数据为例,我们可以通过下图所示的步骤得到划分结果:
1. 前序遍历的首元素 3 是根节点的值。
2. 查找根节点 3 在 `inorder` 中的索引,利用该索引可将 `inorder` 划分为 `[ 9 | 3 1 2 7 ]`

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@@ -5,7 +5,7 @@
1. **分(划分阶段)**:递归地将原问题分解为两个或多个子问题,直至到达最小子问题时终止。
2. **治(合并阶段)**:从已知解的最小子问题开始,从底至顶地将子问题的解进行合并,从而构建出原问题的解。
我们已学过的“归并排序”是分治策略的典型应用之一,其算法原理为:
如下图所示,“归并排序”是分治策略的典型应用之一,其算法原理为:
1. **分**:递归地将原数组(原问题)划分为两个子数组(子问题),直到子数组只剩一个元素(最小子问题)。
2. **治**:从底至顶地将有序的子数组(子问题的解)进行合并,从而得到有序的原数组(原问题的解)。
@@ -34,7 +34,7 @@
### 操作数量优化
以“冒泡排序”为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((n / 2)^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为:
以“冒泡排序”为例,其处理一个长度为 $n$ 的数组需要 $O(n^2)$ 时间。假设我们按照下图所示的方式,将数组从中点分为两个子数组,则划分需要 $O(n)$ 时间,排序每个子数组需要 $O((n / 2)^2)$ 时间,合并两个子数组需要 $O(n)$ 时间,总体时间复杂度为:
$$
O(n + (\frac{n}{2})^2 \times 2 + n) = O(\frac{n^2}{2} + 2n)
@@ -64,7 +64,7 @@ $$
并行优化在多核或多处理器的环境中尤其有效,因为系统可以同时处理多个子问题,更加充分地利用计算资源,从而显著减少总体的运行时间。
比如在桶排序中,我们将海量的数据平均分配到各个桶中,则可所有桶的排序任务分散到各个计算单元,完成后再进行结果合并。
比如在下图所示的“桶排序中,我们将海量的数据平均分配到各个桶中,则可所有桶的排序任务分散到各个计算单元,完成后再进行结果合并。
![桶排序的并行计算](divide_and_conquer.assets/divide_and_conquer_parallel_computing.png)

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@@ -16,7 +16,7 @@
### 考虑基本情况
对于问题 $f(1)$ ,即当只有一个圆盘时,将它直接从 `A` 移动至 `C` 即可。
如下图所示,对于问题 $f(1)$ ,即当只有一个圆盘时,我们将它直接从 `A` 移动至 `C` 即可。
=== "<1>"
![规模为 1 问题的解](hanota_problem.assets/hanota_f1_step1.png)
@@ -24,14 +24,12 @@
=== "<2>"
![hanota_f1_step2](hanota_problem.assets/hanota_f1_step2.png)
对于问题 $f(2)$ ,即当有两个圆盘时,**由于要时刻满足小圆盘在大圆盘之上,因此需要借助 `B` 来完成移动**,包括三步:
如下图所示,对于问题 $f(2)$ ,即当有两个圆盘时,**由于要时刻满足小圆盘在大圆盘之上,因此需要借助 `B` 来完成移动**
1. 先将上面的小圆盘从 `A` 移至 `B`
2. 再将大圆盘从 `A` 移至 `C`
3. 最后将小圆盘从 `B` 移至 `C`
解决问题 $f(2)$ 的过程可总结为:**将两个圆盘借助 `B``A` 移至 `C`** 。其中,`C` 称为目标柱、`B` 称为缓冲柱。
=== "<1>"
![规模为 2 问题的解](hanota_problem.assets/hanota_f2_step1.png)
@@ -44,15 +42,18 @@
=== "<4>"
![hanota_f2_step4](hanota_problem.assets/hanota_f2_step4.png)
解决问题 $f(2)$ 的过程可总结为:**将两个圆盘借助 `B``A` 移至 `C`** 。其中,`C` 称为目标柱、`B` 称为缓冲柱。
### 子问题分解
对于问题 $f(3)$ ,即当有三个圆盘时,情况变得稍微复杂了一些。由于已知 $f(1)$ 和 $f(2)$ 的解,因此可从分治角度思考,**将 `A` 顶部的两个圆盘看做一个整体**,执行以下步骤:
对于问题 $f(3)$ ,即当有三个圆盘时,情况变得稍微复杂了一些。
因为已知 $f(1)$ 和 $f(2)$ 的解,所以我们可从分治角度思考,**将 `A` 顶部的两个圆盘看做一个整体**,执行下图所示的步骤。这样三个圆盘就被顺利地从 `A` 移动至 `C` 了。
1.`B` 为目标柱、`C` 为缓冲柱,将两个圆盘从 `A` 移动至 `B`
2.`A` 中剩余的一个圆盘从 `A` 直接移动至 `C`
3.`C` 为目标柱、`A` 为缓冲柱,将两个圆盘从 `B` 移动至 `C`
这样三个圆盘就被顺利地从 `A` 移动至 `C` 了。
=== "<1>"
![规模为 3 问题的解](hanota_problem.assets/hanota_f3_step1.png)
@@ -68,7 +69,7 @@
本质上看,**我们将问题 $f(3)$ 划分为两个子问题 $f(2)$ 和子问题 $f(1)$** 。按顺序解决这三个子问题之后,原问题随之得到解决。这说明子问题是独立的,而且解是可以合并的。
至此,我们可总结出汉诺塔问题的分治策略:将原问题 $f(n)$ 划分为两个子问题 $f(n-1)$ 和一个子问题 $f(1)$ 。子问题的解决顺序为:
至此,我们可总结出下图所示的汉诺塔问题的分治策略:将原问题 $f(n)$ 划分为两个子问题 $f(n-1)$ 和一个子问题 $f(1)$ 。子问题的解决顺序为:
1. 将 $n-1$ 个圆盘借助 `C``A` 移至 `B`
2. 将剩余 $1$ 个圆盘从 `A` 直接移至 `C`

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@@ -6,6 +6,6 @@
- 引入分治策略往往可以带来算法效率的提升。一方面,分治策略减少了操作数量;另一方面,分治后有利于系统的并行优化。
- 分治既可以解决许多算法问题,也广泛应用于数据结构与算法设计中,处处可见其身影。
- 相较于暴力搜索,自适应搜索效率更高。时间复杂度为 $O(\log n)$ 的搜索算法通常都是基于分治策略实现的。
- 二分查找是分治思想的另一个典型应用,它不包含将子问题的解进行合并的步骤。我们可以通过递归分治实现二分查找。
- 二分查找是分治策略的另一个典型应用,它不包含将子问题的解进行合并的步骤。我们可以通过递归分治实现二分查找。
- 在构建二叉树问题中,构建树(原问题)可以被划分为构建左子树和右子树(子问题),其可以通过划分前序遍历和中序遍历的索引区间来实现。
- 在汉诺塔问题中,一个规模为 $n$ 的问题可以被划分为两个规模为 $n-1$ 的子问题和一个规模为 $1$ 的子问题。按顺序解决这三个子问题后,原问题随之得到解决。