棋盤覆蓋演算法分布動態顯示

1. 求NOIP2007普及組初賽試題（棋盤覆蓋問題）的程序解析，比如程序的思路以及每步的作用

聲明：本文使用的代碼和例子的來源：《計算機演算法設計與分析》（王曉東編著，電子工業出版社）。我對代碼做了少許修改，使可以在tc的圖形模式下看到題目的結果。

題目：在一個(2^k)*(2^k)個方格組成的棋盤上，有一個特殊方格與其他方格不同，稱為特殊方格，稱這樣的棋盤為一個特殊棋盤。現在要求對棋盤的其餘部分用L型方塊填滿（註：L型方塊由3個單元格組成。即圍棋中比較忌諱的愚形三角，方向隨意），切任何兩個L型方塊不能重疊覆蓋。L型方塊的形態如下：

■■*■■***■*■
■******■*■■*■■

題目的解法使用分治法，即子問題和整體問題具有相同的形式。我們對棋盤做一個分割，切割一次後的棋盤如圖1所示，我們可以看到棋盤被切成4個一樣大小的子棋盤，特殊方塊必定位於四個子棋盤中的一個。假設如圖1所示，特殊方格位於右上角，我們把一個L型方塊（灰色填充）放到圖中位置。這樣對於每個子棋盤又各有一個「特殊方塊」，我們對每個子棋盤繼續這樣分割，知道子棋盤的大小為1為止。
用到的L型方塊需要（4^k-1)/3 個，演算法的時間是O（4^k)，是漸進最優解法。

2. 棋盤覆蓋問題的演算法分析

設T(k)是演算法ChessBoard覆蓋一個2^k×2^k棋盤所需時間，從演算法的劃分
策略可知，T(k)滿足如下遞推式：
T(k) = 1 當k=0時
T(k) = 4T(k-1) 當k>0時
解此遞推式可得T(k)=O(4^k)。

3. 棋盤覆蓋演算法

import java.util.*;

public class TestChessBoard {
public static void main(String[] args) {
int tr=0,tc=0,dr=1,dc=2,size=8;
ChessBoard.chessBoard(tr,tc,dr,dc,size);
ChessBoard.display();
}
}

class ChessBoard {
public static int tile = 0;
public static int[][] board= new int[10][10];
public static void chessBoard (int tr,int tc,int dr,int dc,int size) {

if(size == 1) return;
int t = tile++ , s = size/2;
if(dr<tr+s && dc<tc+s){
chessBoard(tr,tc,dr,dc,s);
}else {
board[tr+s-1][tc+s-1] = t;
chessBoard(tr,tc,tr+s-1,tc+s-1,s);
}

if(dr<tr+s && dc>=tc+s){
chessBoard(tr,tc+s,dr,dc,s);
}else {
board[tr+s-1][tc+s] = t;
chessBoard(tr,tc+s,tr+s-1,tc+s,s);
}

if(dr>=tr+s && dc<tc+s) {
chessBoard(tr+s,tc,dr,dc,s);
}else {
board[tr+s][tc+s-1] = t;
chessBoard(tr+s,tc,tr+s,tc+s-1,s);
}

if(dr>=tr+s && dc>=tc+s) {
chessBoard(tr+s,tc+s,dr,dc,s);
}else {
board[tr+s][tc+s] = t;
chessBoard(tr+s,tc+s,tr+s,tc+s,s);
}
}

public static void display() {
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++) {
System.out.print(" "+board[i][j]);
}
System.out.println();
}
}
}

4. NOI考試的內容是什麼

1 時間復雜度（漸近時間復雜度的嚴格定義，NP問題，時間復雜度的分析方法，主定理）
2 排序演算法（平方排序演算法的應用，Shell排序，快速排序，歸並排序，時間復雜度下界，三種線性時間排序，外部排序）
3 數論（整除，集合論，關系，素數，進位制，輾轉相除，擴展的輾轉相除，同餘運算，解線性同餘方程，中國剩餘定理）
4 指針（鏈表，搜索判重，鄰接表，開散列，二叉樹的表示，多叉樹的表示）
5 按位運算（and，or，xor，shl，shr，一些應用）
6 圖論（圖論模型的建立，平面圖，歐拉公式與五色定理，求強連通分量，求割點和橋，歐拉迴路，AOV問題，AOE問題，最小生成樹的三種演算法，最短路的三種算 法，標號法，差分約束系統，驗證二分圖，Konig定理，匈牙利演算法，KM演算法，穩定婚姻系統，最大流演算法，最小割最大流定理，最小費用最大流演算法）
7 計算幾何（平面解幾及其應用，向量，點積及其應用，叉積及其應用，半平面相交，求點集的凸包，最近點對問題，凸多邊形的交，離散化與掃描）
8 數據結構（廣度優先搜索，驗證括弧匹配，表達式計算，遞歸的編譯，Hash表，分段Hash，並查集，Tarjan演算法，二叉堆，左偏樹，斜堆，二項堆，二叉查找樹，AVL，Treap，Splay，靜態二叉查找樹，2-d樹，線段樹，二維線段樹，矩形樹，Trie樹，塊狀鏈表）
9 組合數學（排列與組合，鴿籠原理，容斥原理，遞推，Fibonacci數列，Catalan數列，Stirling數，差分序列，生成函數，置換，Polya原理）
10 概率論（簡單概率，條件概率，Bayes定理，期望值）
11 矩陣（矩陣的概念和運算，二分求解線性遞推方程，多米諾骨牌棋盤覆蓋方案數，高斯消元）
12 字元串處理（KMP，後綴樹，有限狀態自動機，Huffman編碼，簡單密碼學）
13 動態規劃（單調隊列，凸完全單調性，樹型動規，多叉轉二叉，狀態壓縮類動規，四邊形不等式）
14 博奕論（Nim取子游戲，博弈樹，Shannon開關游戲）
15 搜索（A*，ID，IDA*，隨機調整，遺傳演算法）
16 微積分初步（極限思想，導數，積分，定積分，立體解析幾何）

5. 棋盤覆蓋問題的演算法實現

下面討論棋盤覆蓋問題中數據結構的設計。
（1）棋盤：可以用一個二維數組board[size][size]表示一個棋盤，其中，size=2^k。為了在遞歸處理的過程中使用同一個棋盤，將數組board設為全局變數；
（2）子棋盤：整個棋盤用二維數組board[size][size]表示，其中的子棋盤由棋盤左上角的下標tr、tc和棋盤大小s表示；
（3）特殊方格：用board[dr][dc]表示特殊方格，dr和dc是該特殊方格在二維數組board中的下標;
（4） L型骨牌：一個2^k×2^k的棋盤中有一個特殊方格，所以，用到L型骨牌的個數為(4^k-1)/3，將所有L型骨牌從1開始連續編號，用一個全局變數t表示。
設全局變數t已初始化為0，分治法求解棋盤覆蓋問題的演算法用C++語言描述如下：
void ChessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size)
{
int s, t1; //t1表示本次覆蓋所用L型骨牌的編號
if (size == 1) return; //棋盤只有一個方格且是特殊方格
t1 = ++t; // L型骨牌編號
s = size/2; // 劃分棋盤
if (dr < tr + s && dc < tc + s) //特殊方格在左上角子棋盤中
ChessBoard(tr, tc, dr, dc, s); //遞歸處理子棋盤
else{ //用 t1號L型骨牌覆蓋右下角，再遞歸處理子棋盤
board[tr + s - 1][tc + s - 1] = t1;
ChessBoard(tr, tc, tr+s-1, tc+s-1, s);
}
if (dr < tr + s && dc >= tc + s) //特殊方格在右上角子棋盤中
ChessBoard(tr, tc+s, dr, dc, s); //遞歸處理子棋盤
else { //用 t1號L型骨牌覆蓋左下角，再遞歸處理子棋盤
board[tr + s - 1][tc + s] = t1;
ChessBoard(tr, tc+s, tr+s-1, tc+s, s);
}
if (dr >= tr + s && dc < tc + s) //特殊方格在左下角子棋盤中
ChessBoard(tr+s, tc, dr, dc, s); //遞歸處理子棋盤
else { //用 t1號L型骨牌覆蓋右上角，再遞歸處理子棋盤
board[tr + s][tc + s - 1] = t1;
ChessBoard(tr+s, tc, tr+s, tc+s-1, s);
}
if (dr >= tr + s && dc >= tc + s) //特殊方格在右下角子棋盤中
ChessBoard(tr+s, tc+s, dr, dc, s); //遞歸處理子棋盤
else { //用 t1號L型骨牌覆蓋左上角，再遞歸處理子棋盤
board[tr + s][tc + s] = t1;
ChessBoard(tr+s, tc+s, tr+s, tc+s, s);
}
}