淺談搜索剪枝


搜索是OI之路上,人人必會的強大算法。自古便有名言:“暴力進省隊”(實際上,很多考試你打好所有暴力就可以拿到不錯的分數)。

在考場上,搜索常常是與正解的對拍板子(當然有時搜索就是正解),且一般搜索都會有20~30分。

而想要寫好搜索,剪枝必不可少(有時出題人不會給純暴力分)。

what's 剪枝?

常用的搜索有Dfs和Bfs。

Bfs的剪枝通常就是判重,因為一般Bfs尋找的是步數最少,重復的話必定不會在之前的情況前產生最優解。

深搜,它的進程近似一顆樹(通常叫Dfs樹)。

而剪枝就是一種生動的比喻:把不會產生答案的,或不必要的枝條“剪掉”。

剪枝的關鍵就在於剪枝的判斷:什么枝該剪,什么枝不該剪,在什么地方減。

剪枝的原則?

正確性,准確性,高效性。

常用的剪枝有:可行性剪枝、最優性剪枝、記憶化搜索、搜索順序剪枝。

1.可行性剪枝。

如果當前條件不合法就不再繼續搜索,直接return。這是非常好理解的剪枝,搜索初學者都能輕松地掌握,而且也很好想。一般的搜索都會加上。

一般格式:

dfs(int x)
{
if(x>n)return;
if(!check1(x))return;
....
return;
}

2.最優性剪枝。

           如果當前條件所創造出的答案必定比之前的答案大,那么剩下的搜索就毫無必要,甚至可以剪掉。

   我們利用某個函數估計出此時條件下答案的‘下界’,將它與已經推出的答案相比,如果不比當前答案小,就可以剪掉。

   一般格式:

 

long long ans=987474477434487ll;
... Dfs(int x,...)
{
	if(x... && ...){ans=....;return ...;}
	if(check2(x)>=ans)return ...;	//最優性剪枝 
	for(int i=1;...;++i)
	{
		vis[...]=1; 
		dfs(...);
		vis[...]=0;
	}
}

一般實現:在搜索取和最大值時,如果后面的全部取最大仍然不比當前答案大就可以返回。
在搜和最小時同理,可以預處理后綴最大/最小和進行快速查詢。

3.記憶化搜索。

  記憶化搜索其實很像動態規划(DP)。

的關鍵是:如果對於相同情況下必定答案相同,就可以把這個情況的答案值存儲下來,以后再次搜索到這種情況時就可以直接調用。

還有就是不能搜出環來,不能互相依賴。

  一般格式:

long long ans=987474477434487ll;
... Dfs(int x,...)
{
	if(x... && ...){ans=....;return ...;}
	if(vis[x]!=0)return f[x];vis[x]=1;
	for(int i=1;...;++i)
	{
	 vis[...]=1; dfs(...); vis[...]=0; f[x]=...; } }

 

4.搜索順序剪枝

  在一些迷宮題,網格題,或者其他搜索中可以貪心的題,搜索順序顯得十分重要。我經常聽見有人說(我自己也說過):“從左邊搜會T,從右邊搜就A了”之類的語句。

  其實在迷宮、網格類的題目中,以左上->右下為例,右下左上就明顯比左上右下優秀。

  在一些推斷搜索題中,從已知信息最多的地方開始搜索顯然更加優秀。

  在一些題中,先搜某個值大的,再搜某個值小的(比如樹的度數,產生答案的預計(A*)),速度明顯會比亂搜更快。

  搜索的復雜度明顯講不清,這種剪枝自然是能加就加。

 

例題:

codevs1288 埃及分數

在古埃及,人們使用單位分數的和(形如1/a的, a是自然數)表示一切有理數。 如:2/3=1/2+1/6,但不允許2/3=1/3+1/3,因為加數中有相同的。

於一個分數a/b,表示方法有很多種,但是哪種最好呢? 首先,加數少的比加數多的好,其次,加數個數相同的,最小的分數越大越 好。

如:

  19/45=1/3 + 1/12 + 1/180 19/45=1/3 + 1/15 + 1/45 19/45=1/3 + 1/18 + 1/30, 19/45=1/4 + 1/6 + 1/180 19/45=1/5 + 1/6 + 1/18.

最好的是最后一種,因為1/18比1/180,1/45,1/30,1/180都大。 給出a,b(0<a<b<1000),編程計算最好的表達方式。

 

Sample Input

2 3

Sample Output

2 6

 

Sample Input

19 45

Sample Output

5 6 18

 

 


這里放題解:

這道題可行性和最優性都要加,最后一個是因為要除a,是零就得剪掉。搜索順序是按分母從小到大枚舉的。因為分數個數不確定,所以要打迭代。

 1 #include    <iostream>
 2 #include    <cstdio>
 3 #include    <cstdlib>
 4 #include    <algorithm>
 5 #define LL long long int
 6 using namespace std;
 7 LL a,b,depth,FLAG=1,zZ[101010],Ans[101010],Maxx=10101000;
 8 LL gcd(LL a,LL b){return b>0?gcd(b,a%b):a;}                            //輾轉相除法求最大公約數 
 9 void dfs(LL now,LL a,LL b,LL last,LL depth)
10 {
11     if(now==depth-1)
12     {
13         if(a!=1)return;
14         if(b<Maxx && b>last)
15             {
16                 zZ[now+1]=b;FLAG=0;Maxx=b;
17                 for(LL i=1;i<=now+1;++i){Ans[i]=zZ[i];}
18             }
19         return;
20     }
21     if(a*(last+1)>=b*(depth-now) || last>Maxx || a==0)return;        //第一個是可行性剪枝,是個十字相乘式,建議移項看
22     for(LL i=last+1,K=(depth-now)*b/a;i<K;++i)
23     {
24         LL newa=a*i-b,newb=b*i,G=gcd(newb,newa);
25         newa/=G,newb/=G;zZ[now+1]=i;
26         dfs(now+1,newa,newb,i,depth);zZ[now+1]=0;
27     }
28 }
29 int main()
30 {
31     scanf("%lld %lld",&a,&b);
32     if(a==1){printf("%lld",b);return 0;}
33     for(int i=2;FLAG;++i)dfs(0,a,b,(b/a),i);                        //迭代搜索,i為深度 
34     for(int i=1;Ans[i]!=0;++i)printf("%lld ",Ans[i]);
35     return 0;
36 }

 

 


剪枝是搜索的利器,希望大家在OI路上越走越遠。

 


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