鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)
字数 1020 2025-11-11 23:54:31

鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)

题目描述:
你面前有一栋从1到n共n层的建筑。你有两枚完全相同的鸡蛋,想知道鸡蛋从哪一层楼扔下去会恰好摔碎。如果鸡蛋从第f层及以下掉落不会碎,但从第f+1层及以上掉落会碎,那么f被称为临界楼层。你的目标是找到这个临界楼层f,并且要使用最少的试验次数(即扔鸡蛋的次数)来完成这个任务。

你需要设计一个策略,确定在最坏情况下需要的最少试验次数。注意:如果鸡蛋在某一层没有碎,它可以继续使用;如果碎了,就不能再用了。

解题过程:

1. 问题分析
这是一个经典的动态规划问题,我们需要在最坏情况下最小化试验次数。由于只有两枚鸡蛋,我们需要谨慎选择测试楼层,以平衡鸡蛋破碎和不破碎两种情况下的剩余试验次数。

2. 状态定义
定义dp[i][j]表示有i枚鸡蛋,面对j层建筑时,在最坏情况下需要的最少试验次数。

3. 基础情况

  • 当楼层数为0时:dp[i][0] = 0(不需要试验)
  • 当楼层数为1时:dp[i][1] = 1(只需要一次试验)
  • 当鸡蛋数为1时:dp[1][j] = j(只能从低到高逐层测试)

4. 状态转移方程
对于dp[i][j],我们考虑第一次在第k层扔鸡蛋:

  • 如果鸡蛋碎了:剩余i-1个鸡蛋,需要测试下面k-1层,次数为dp[i-1][k-1]
  • 如果鸡蛋没碎:剩余i个鸡蛋,需要测试上面j-k层,次数为dp[i][j-k]

由于要考虑最坏情况,我们取两者最大值,然后加1(本次试验):
dp[i][j] = min{1 + max(dp[i-1][k-1], dp[i][j-k])} for k = 1 to j

5. 算法实现

def eggDrop(n, m):
    """
    n: 鸡蛋数量
    m: 楼层数量
    """
    dp = [[0] * (m + 1) for _ in range(n + 1)]
    
    # 基础情况
    for i in range(1, n + 1):
        dp[i][1] = 1
    for j in range(1, m + 1):
        dp[1][j] = j
    
    # 填充DP表
    for i in range(2, n + 1):
        for j in range(2, m + 1):
            dp[i][j] = float('inf')
            for k in range(1, j + 1):
                # 最坏情况下的最小试验次数
                res = 1 + max(dp[i-1][k-1], dp[i][j-k])
                dp[i][j] = min(dp[i][j], res)
    
    return dp[n][m]

# 对于两枚鸡蛋的情况
def twoEggDrop(n):
    return eggDrop(2, n)

6. 优化思路
对于两枚鸡蛋的特殊情况,我们可以使用数学方法优化:

  • 设第一次在第x层扔
  • 如果碎了,用第二枚鸡蛋从1到x-1逐层测试,最坏需要x次
  • 如果没碎,问题变为在n-x层中找临界层,但试验次数要加1
  • 最优解是让两种情况尽可能平衡

7. 数学解法
对于两枚鸡蛋,最少试验次数k满足:k(k+1)/2 >= n
解这个不等式得到最小的k:

def twoEggDropMath(n):
    k = 0
    while k * (k + 1) // 2 < n:
        k += 1
    return k

8. 示例验证
假设n=100层:

  • 数学方法:k=14,因为14×15/2=105≥100
  • 第一次在第14层扔,然后根据结果在合适的区间继续测试
  • 最坏情况下需要14次试验

这种方法确保了无论临界层在哪里,我们都能在14次试验内找到它,并且这是可能的最小值。

鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本) 题目描述: 你面前有一栋从1到n共n层的建筑。你有两枚完全相同的鸡蛋,想知道鸡蛋从哪一层楼扔下去会恰好摔碎。如果鸡蛋从第f层及以下掉落不会碎,但从第f+1层及以上掉落会碎,那么f被称为临界楼层。你的目标是找到这个临界楼层f,并且要使用最少的试验次数(即扔鸡蛋的次数)来完成这个任务。 你需要设计一个策略,确定在最坏情况下需要的最少试验次数。注意:如果鸡蛋在某一层没有碎,它可以继续使用;如果碎了,就不能再用了。 解题过程: 1. 问题分析 这是一个经典的动态规划问题,我们需要在最坏情况下最小化试验次数。由于只有两枚鸡蛋,我们需要谨慎选择测试楼层,以平衡鸡蛋破碎和不破碎两种情况下的剩余试验次数。 2. 状态定义 定义 dp[i][j] 表示有i枚鸡蛋,面对j层建筑时,在最坏情况下需要的最少试验次数。 3. 基础情况 当楼层数为0时: dp[i][0] = 0 (不需要试验) 当楼层数为1时: dp[i][1] = 1 (只需要一次试验) 当鸡蛋数为1时: dp[1][j] = j (只能从低到高逐层测试) 4. 状态转移方程 对于 dp[i][j] ,我们考虑第一次在第k层扔鸡蛋: 如果鸡蛋碎了:剩余 i-1 个鸡蛋,需要测试下面 k-1 层,次数为 dp[i-1][k-1] 如果鸡蛋没碎:剩余 i 个鸡蛋,需要测试上面 j-k 层,次数为 dp[i][j-k] 由于要考虑最坏情况,我们取两者最大值,然后加1(本次试验): dp[i][j] = min{1 + max(dp[i-1][k-1], dp[i][j-k])} for k = 1 to j 5. 算法实现 6. 优化思路 对于两枚鸡蛋的特殊情况,我们可以使用数学方法优化: 设第一次在第x层扔 如果碎了,用第二枚鸡蛋从1到x-1逐层测试,最坏需要x次 如果没碎,问题变为在n-x层中找临界层,但试验次数要加1 最优解是让两种情况尽可能平衡 7. 数学解法 对于两枚鸡蛋,最少试验次数k满足: k(k+1)/2 >= n 解这个不等式得到最小的k: 8. 示例验证 假设n=100层: 数学方法:k=14,因为14×15/2=105≥100 第一次在第14层扔,然后根据结果在合适的区间继续测试 最坏情况下需要14次试验 这种方法确保了无论临界层在哪里,我们都能在14次试验内找到它,并且这是可能的最小值。