大整数分治算法

① 分治算法几个经典例子

分治法，字面意思是“分而治之”，就是把一个复杂的1问题分成两个或多个相同或相似的子问题，再把子问题分成更小的子问题直到最后子问题可以简单地直接求解，原问题的解即子问题的解的合并，这个思想是很多高效算法的基础。

图二

大整数乘法

Strassen矩阵乘法

棋盘覆盖

合并排序

快速排序

线性时间选择

最接近点对问题

循环赛日程表

汉诺塔

② 分治法的步骤

分治法在每一层递归上都有三个步骤：
分解：将原问题分解为若干个规模较小，相互独立，与原问题形式相同的子问题；
解决：若子问题规模较小而容易被解决则直接解，否则递归地解各个子问题；
合并：将各个子问题的解合并为原问题的解。
它的一般的算法设计模式如下：
Divide-and-Conquer(P)
1. if |P|≤n0
2. then return(ADHOC(P))
3. 将P分解为较小的子问题 P1 ,P2 ,...,Pk
4. for i←1 to k
5. do yi ← Divide-and-Conquer(Pi) △ 递归解决Pi
6. T ← MERGE(y1,y2,...,yk) △ 合并子问题
7. return(T)
其中|P|表示问题P的规模；n0为一阈值，表示当问题P的规模不超过n0时，问题已容易直接解出，不必再继续分解。ADHOC(P)是该分治法中的基本子算法，用于直接解小规模的问题P。因此，当P的规模不超过n0时直接用算法ADHOC(P)求解。算法MERGE(y1,y2,...,yk)是该分治法中的合并子算法，用于将P的子问题P1 ,P2 ,...,Pk的相应的解y1,y2,...,yk合并为P的解。
根据分治法的分割原则，原问题应该分为多少个子问题才较适宜？
各个子问题的规模应该怎样才为适当？
答: 但人们从大量实践中发现，在用分治法设计算法时，最好使子问题的规模大致相同。换句话说，将一个问题分成大小相等的k个子问题的处理方法是行之有效的。许多问题可以取 k = 2。这种使子问题规模大致相等的做法是出自一种平衡(balancing)子问题的思想，它几乎总是比子问题规模不等的做法要好。
出处：网络
实践题目：
给定一个顺序表，编写一个求出其最大值和最小值的分治算法。
分析：
由于顺序表的结构没有给出，作为演示分治法这里从简顺序表取一整形数组数组大小由用户定义，数据随机生成。我们知道如果数组大小为 1 则可以直接给出结果，如果大小为 2则一次比较即可得出结果，于是我们找到求解该问题的子问题即: 数组大小 <= 2。到此我们就可以进行分治运算了，只要求解的问题数组长度比 2 大就继续分治，否则求解子问题的解并更新全局解
以下是代码。
*/
/*** 编译环境TC ***/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#define M 40
/* 分治法获取最优解 */
void PartionGet(int s,int e,int *meter,int *max,int *min){
/* 参数:
* s 当前分治段的开始下标
* e 当前分治段的结束下标
* meter 表的地址
* max 存储当前搜索到的最大值
* min 存储当前搜索到的最小值
*/
int i;
if(e-s <= 1){ /* 获取局部解，并更新全局解 */
if(meter[s] > meter[e]){
if(meter[s] > *max)
*max = meter[s];
if(meter[e] < *min)
*min = meter[e];
}
else{
if(meter[e] > *max)
*max = meter[e];
if(meter[s] < *min)
*min = meter[s];
}
return ;
}
i = s + (e-s)/2; /* 不是子问题继续分治,这里使用了二分，也可以是其它 */
PartionGet(s,i,meter,max,min);
PartionGet(i+1,e,meter,max,min);
}
int main(){
int i,meter[M];
int max = INT_MIN; /* 用最小值初始化 */
int min = INT_MAX; /* 用最大值初始化 */
printf(The array's element as followed: );
rand(); /* 初始化随机数发生器 */
for(i = 0; i < M; i ++){ /* 随机数据填充数组 */
meter[i] = rand()%10000;
if(!((i+1)%10)) /* 输出表的随机数据 */
printf(%-6d ,meter[i]);
else
printf(%-6d,meter[i]);
}
PartionGet(0,M - 1,meter,&max,&min); /* 分治法获取最值 */
printf( Max : %d Min : %d ,max,min);
system(pause);
return 0;
}