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。