区间动态规划例题:鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)
字数 1412 2025-11-10 23:51:24

区间动态规划例题:鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)

题目描述
你有一栋从第1层到第n层的建筑,以及两枚完全相同的鸡蛋。你需要确定从哪一层楼扔下鸡蛋时,鸡蛋会摔碎。如果鸡蛋从第f层或更高扔下时会碎,而从低于f层的任何楼层扔下时不会碎,那么f称为鸡蛋的“临界楼层”。你的目标是无论f是多少(1 ≤ f ≤ n),都能通过最少的实验次数(即扔鸡蛋的次数)找到f。假设鸡蛋如果没碎可以继续使用,但如果碎了就不能再使用。请设计策略,计算最坏情况下所需的最小实验次数。


解题思路
这是一个经典的最坏情况最小化问题,可以通过动态规划(DP)解决。

  • 状态定义:设dp[k][m]表示有k枚鸡蛋和m次扔鸡蛋机会时,最多能确定多少层楼的临界楼层。
  • 目标:找到最小的m,使得dp[2][m] ≥ n
  • 状态转移
    1. 在第x层扔鸡蛋:
      • 如果鸡蛋碎了,则临界楼层在x层以下,剩余k-1枚鸡蛋和m-1次机会。
      • 如果鸡蛋没碎,则临界楼层在x层以上,剩余k枚鸡蛋和m-1次机会。
    2. 因此,dp[k][m] = 1 + dp[k-1][m-1] + dp[k][m-1](1表示当前测试的楼层)。

特殊处理

  • k=1时(只有一枚鸡蛋),只能从低到高逐层测试,dp[1][m] = m
  • m=0时,无法测试,dp[k][0] = 0

逐步计算(以n=100为例)

  1. 初始化

    • dp[1][m] = m(一枚鸡蛋时,m次机会最多测m层)。
    • dp[k][0] = 0
  2. 递推计算(两枚鸡蛋,即k=2):

    • m=1dp[2][1] = 1 + dp[1][0] + dp[2][0] = 1 + 0 + 0 = 1
    • m=2dp[2][2] = 1 + dp[1][1] + dp[2][1] = 1 + 1 + 1 = 3
    • m=3dp[2][3] = 1 + dp[1][2] + dp[2][2] = 1 + 2 + 3 = 6
    • m=4dp[2][4] = 1 + dp[1][3] + dp[2][3] = 1 + 3 + 6 = 10
    • 继续计算:
      • m=51 + 4 + 10 = 15
      • m=61 + 5 + 15 = 21
      • m=71 + 6 + 21 = 28
      • m=81 + 7 + 28 = 36
      • m=91 + 8 + 36 = 45
      • m=101 + 9 + 45 = 55
      • m=111 + 10 + 55 = 66
      • m=121 + 11 + 66 = 78
      • m=131 + 12 + 78 = 91
      • m=141 + 13 + 91 = 105 ≥ 100
  3. 结论:当n=100时,最少需要14次实验。


策略解释

  • 第一次扔鸡蛋的楼层选择:
    • 若第一次在x层扔:
      • 若碎了,剩余1枚鸡蛋和13次机会,从1层到x-1层逐层测试(最多13层)。
      • 若没碎,剩余2枚鸡蛋和13次机会,继续在更高楼层测试(最多105-1=104层)。
    • 通过DP表反向推导,可得到具体扔鸡蛋的楼层序列。

总结

  • 核心思想:用DP计算给定鸡蛋数和机会数能覆盖的最大楼层数,而不是直接枚举所有策略。
  • 时间复杂度:O(k·m),其中m是答案,通常远小于n。
  • 扩展:此方法可推广到k枚鸡蛋的情况(经典“鸡蛋掉落”问题)。
区间动态规划例题:鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本) 题目描述 你有一栋从第1层到第n层的建筑,以及两枚完全相同的鸡蛋。你需要确定从哪一层楼扔下鸡蛋时,鸡蛋会摔碎。如果鸡蛋从第f层或更高扔下时会碎,而从低于f层的任何楼层扔下时不会碎,那么f称为鸡蛋的“临界楼层”。你的目标是 无论f是多少(1 ≤ f ≤ n) ,都能通过最少的实验次数(即扔鸡蛋的次数)找到f。假设鸡蛋如果没碎可以继续使用,但如果碎了就不能再使用。请设计策略,计算 最坏情况下 所需的最小实验次数。 解题思路 这是一个经典的 最坏情况最小化 问题,可以通过动态规划(DP)解决。 状态定义 :设 dp[k][m] 表示有 k 枚鸡蛋和 m 次扔鸡蛋机会时,最多能确定多少层楼的临界楼层。 目标 :找到最小的 m ,使得 dp[2][m] ≥ n 。 状态转移 : 在第x层扔鸡蛋: 如果鸡蛋碎了,则临界楼层在x层以下,剩余 k-1 枚鸡蛋和 m-1 次机会。 如果鸡蛋没碎,则临界楼层在x层以上,剩余 k 枚鸡蛋和 m-1 次机会。 因此, dp[k][m] = 1 + dp[k-1][m-1] + dp[k][m-1] (1表示当前测试的楼层)。 特殊处理 : 当 k=1 时(只有一枚鸡蛋),只能从低到高逐层测试, dp[1][m] = m 。 当 m=0 时,无法测试, dp[k][0] = 0 。 逐步计算(以n=100为例) 初始化 : dp[1][m] = m (一枚鸡蛋时,m次机会最多测m层)。 dp[k][0] = 0 。 递推计算 (两枚鸡蛋,即k=2): m=1 : dp[2][1] = 1 + dp[1][0] + dp[2][0] = 1 + 0 + 0 = 1 m=2 : dp[2][2] = 1 + dp[1][1] + dp[2][1] = 1 + 1 + 1 = 3 m=3 : dp[2][3] = 1 + dp[1][2] + dp[2][2] = 1 + 2 + 3 = 6 m=4 : dp[2][4] = 1 + dp[1][3] + dp[2][3] = 1 + 3 + 6 = 10 继续计算: m=5 : 1 + 4 + 10 = 15 m=6 : 1 + 5 + 15 = 21 m=7 : 1 + 6 + 21 = 28 m=8 : 1 + 7 + 28 = 36 m=9 : 1 + 8 + 36 = 45 m=10 : 1 + 9 + 45 = 55 m=11 : 1 + 10 + 55 = 66 m=12 : 1 + 11 + 66 = 78 m=13 : 1 + 12 + 78 = 91 m=14 : 1 + 13 + 91 = 105 ≥ 100 结论 :当n=100时,最少需要14次实验。 策略解释 第一次扔鸡蛋的楼层选择: 若第一次在x层扔: 若碎了,剩余1枚鸡蛋和13次机会,从1层到x-1层逐层测试(最多13层)。 若没碎,剩余2枚鸡蛋和13次机会,继续在更高楼层测试(最多105-1=104层)。 通过DP表反向推导,可得到具体扔鸡蛋的楼层序列。 总结 核心思想: 用DP计算给定鸡蛋数和机会数能覆盖的最大楼层数 ,而不是直接枚举所有策略。 时间复杂度:O(k·m),其中m是答案,通常远小于n。 扩展:此方法可推广到k枚鸡蛋的情况(经典“鸡蛋掉落”问题)。