鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)
字数 1070 2025-11-19 16:27:28

鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本)

问题描述:
你手上有两枚完全相同的鸡蛋,需要确定从一栋n层楼的建筑中,鸡蛋恰好不会摔碎的最高楼层f(0 ≤ f ≤ n)。如果鸡蛋从第f层或更低楼层扔下不会碎,但从第f+1层或更高楼层扔下会碎。你只有两枚鸡蛋,如果鸡蛋摔碎了就不能再用,如果没摔碎可以继续使用。请设计一个策略,使得在最坏情况下需要的测试次数最少,并求出这个最坏情况下的最小测试次数。

解题过程:

  1. 问题分析:
  • 这是一个经典的动态规划问题,需要找到最优的测试策略
  • 关键约束:只有两枚鸡蛋,一旦鸡蛋碎了就不能再用
  • 目标:最小化最坏情况下的测试次数
  1. 状态定义:
    设dp[i][j]表示有i枚鸡蛋,需要测试j层楼时的最小最坏情况测试次数。

  2. 基础情况:

  • 当楼层数为0时,不需要测试,dp[i][0] = 0
  • 当鸡蛋数为1时,只能从低到高逐层测试,dp[1][j] = j
  • 当鸡蛋数为0时,无法测试,dp[0][j] = ∞
  1. 状态转移方程:
    对于两枚鸡蛋的情况,当我们从第k层(1 ≤ k ≤ j)扔鸡蛋时:
  • 如果鸡蛋碎了:我们还有1枚鸡蛋,需要测试下面的k-1层楼,次数 = 1 + dp[1][k-1]
  • 如果鸡蛋没碎:我们还有2枚鸡蛋,需要测试上面的j-k层楼,次数 = 1 + dp[2][j-k]

最坏情况下,我们取两者中的较大值,然后选择k使得这个最坏情况最小:
dp[2][j] = min{max(dp[1][k-1], dp[2][j-k]) + 1},其中1 ≤ k ≤ j

  1. 算法实现:
    我们可以用动态规划自底向上计算:
def eggDrop(n):
    # dp[i]表示有2枚鸡蛋时测试i层楼的最小最坏情况次数
    dp = [0] * (n + 1)
    
    # 基础情况
    for i in range(1, n + 1):
        dp[i] = i  # 只有1枚鸡蛋时的最坏情况
    
    # 计算两枚鸡蛋的情况
    for j in range(1, n + 1):
        dp[j] = float('inf')
        for k in range(1, j + 1):
            # 从第k层扔鸡蛋
            worst_case = 1 + max(k - 1, dp[j - k])
            dp[j] = min(dp[j], worst_case)
    
    return dp[n]
  1. 优化思路:
    实际上,对于两枚鸡蛋的特殊情况,我们可以用数学方法直接求解。设最坏情况下需要测试x次,那么:
    第一次测试应该在x层,如果碎了,用第二枚鸡蛋从1到x-1逐层测试,总共x次;
    如果没碎,第二次在x+(x-1)层测试,依此类推。

因此,x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 ≥ n
即 x(x+1)/2 ≥ n

  1. 最优解:
    直接解不等式 x(x+1)/2 ≥ n,得到:
    x = ceil( (-1 + sqrt(1 + 8n)) / 2 )

例如,对于100层楼:
x = ceil( (-1 + sqrt(1 + 800)) / 2 ) = ceil( (-1 + sqrt(801)) / 2 ) = ceil( (-1 + 28.3) / 2 ) = 14

所以对于100层楼,两枚鸡蛋的最优策略在最坏情况下只需要14次测试。

鸡蛋掉落问题(两枚鸡蛋,特定楼层版本) 问题描述: 你手上有两枚完全相同的鸡蛋,需要确定从一栋n层楼的建筑中,鸡蛋恰好不会摔碎的最高楼层f(0 ≤ f ≤ n)。如果鸡蛋从第f层或更低楼层扔下不会碎,但从第f+1层或更高楼层扔下会碎。你只有两枚鸡蛋,如果鸡蛋摔碎了就不能再用,如果没摔碎可以继续使用。请设计一个策略,使得在最坏情况下需要的测试次数最少,并求出这个最坏情况下的最小测试次数。 解题过程: 问题分析: 这是一个经典的动态规划问题,需要找到最优的测试策略 关键约束:只有两枚鸡蛋,一旦鸡蛋碎了就不能再用 目标:最小化最坏情况下的测试次数 状态定义: 设dp[ i][ j ]表示有i枚鸡蛋,需要测试j层楼时的最小最坏情况测试次数。 基础情况: 当楼层数为0时,不需要测试,dp[ i][ 0 ] = 0 当鸡蛋数为1时,只能从低到高逐层测试,dp[ 1][ j ] = j 当鸡蛋数为0时,无法测试,dp[ 0][ j ] = ∞ 状态转移方程: 对于两枚鸡蛋的情况,当我们从第k层(1 ≤ k ≤ j)扔鸡蛋时: 如果鸡蛋碎了:我们还有1枚鸡蛋,需要测试下面的k-1层楼,次数 = 1 + dp[ 1][ k-1 ] 如果鸡蛋没碎:我们还有2枚鸡蛋,需要测试上面的j-k层楼,次数 = 1 + dp[ 2][ j-k ] 最坏情况下,我们取两者中的较大值,然后选择k使得这个最坏情况最小: dp[ 2][ j] = min{max(dp[ 1][ k-1], dp[ 2][ j-k ]) + 1},其中1 ≤ k ≤ j 算法实现: 我们可以用动态规划自底向上计算: 优化思路: 实际上,对于两枚鸡蛋的特殊情况,我们可以用数学方法直接求解。设最坏情况下需要测试x次,那么: 第一次测试应该在x层,如果碎了,用第二枚鸡蛋从1到x-1逐层测试,总共x次; 如果没碎,第二次在x+(x-1)层测试,依此类推。 因此,x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 ≥ n 即 x(x+1)/2 ≥ n 最优解: 直接解不等式 x(x+1)/2 ≥ n,得到: x = ceil( (-1 + sqrt(1 + 8n)) / 2 ) 例如,对于100层楼: x = ceil( (-1 + sqrt(1 + 800)) / 2 ) = ceil( (-1 + sqrt(801)) / 2 ) = ceil( (-1 + 28.3) / 2 ) = 14 所以对于100层楼,两枚鸡蛋的最优策略在最坏情况下只需要14次测试。