算法合集之《染色法和构造法在棋盘上的应用》.docx

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算法合集之《染色法和构造法在棋盘上的应用》

算法合集之《染色法和构造法在棋盘上的应用》

染色法和构造法在棋盘上的应用

广东北江中学方奇

1基本概念

2棋盘的覆盖

(1)同行覆盖

2)异性覆盖(

(3)小结

3马的遍历

(1)马的哈密尔顿链

(2)马的哈密尔顿圈

4其它问题

(1)Warmworld

(2)删除数字

5结语

棋盘:

所谓m*n棋盘,指由m行n列方格构成的m*n矩形。

每个方格成为棋盘的格,位于第i行j列的格记为a(i,j)。

当i+j为奇(偶)数时,称a为奇(偶)ij格。

染色法:

用不同颜色将棋盘格子进行染色,起到分类的效果。

特别地,

类似国际象棋盘上的黑白二染色,我们称之为“自然染色”。

构造法:

直接列举出某种满足条件的数学对象或反例导致结论的肯定与否定,或间接构造某种对应关系,使问题根据需要进行转化的方法,称之为构造法。

棋盘的覆盖

指用若干图形去覆盖m*n的棋盘。

覆盖的每个图形也由若干格子组成,称为覆盖形。

约定任两个覆盖形互不重叠,任一覆盖形中任一格总与棋盘上某格重合。

按覆盖效果,可分为完全覆盖、饱和覆盖、无缝覆盖和互异覆盖。

(只讨论)

完全覆盖:

各个覆盖形的总格子数等于棋盘的总格子数

按覆盖形分,可分为同行覆盖和异型覆盖。

同形覆盖:

只有一种覆盖形;

异型覆盖:

有多种覆盖形

同形覆盖

例1给出m,n,k,试用若干1*k的矩形覆盖m*n的棋盘。

分析:

定理1m*n棋盘存在1*k矩形的完全覆盖的充分必要条件是k|m或k|n。

证明:

充分性是显然的。

用构造法。

当k|n时,每一行用n/k个1*k的矩形恰好完全覆盖。

K|m情况类似。

必要性:

设m=m1*k+r,0

设n=n1*k+s,0

123„K123„k„„123„S234„1234„1„„234„S+134„„234„„2„„34„„:

:

:

:

:

:

:

„„:

:

:

K1„„k-1K1„„k-1„„k1„„S+k-1123„K123„K„„123„S234„1234„1„„234„S+134„„234„„2„„34„„:

:

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:

K1„„k-1K1„„k-1„„k1„„S+k-1:

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„„:

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123„K123„K„„123„S234„1234„1„„234„S+134„„234„„2„„34„„:

:

:

:

:

:

:

„„:

:

:

Rr+1„„R+k-1r„„„r+k-1„„Rr+1„„r+s-1

约定r>=s

由上面的定理1,可彻底解决m*n棋盘的p*q矩形完全覆盖问题

定理2m*n棋盘存在p*q矩形的完全覆盖充分必要条件是m,n满足下列条件之一:

(i)p|x且q|y

(ii)p|x,q|x,且存在自然数a,b,使y=ap+bq

其中{x,y}={m,n}

异型覆盖

例2设有m*n的棋盘,当m*n为奇数时,尝试删去一个格子,剩下部分用若干1*2的矩形覆盖;当m*n为偶数时,尝试删去两个格子,剩下部分用若干1*2的矩形覆盖。

分析:

(1)先来考虑m*n为奇数的情况

一方面,将棋盘自然染色。

无论怎么放,一个1*2的矩形必盖住一个黑格和一个白格,而棋盘上的黑格比白格多1,于是只能去掉一个黑格(即偶格)

另一方面,设去掉偶格为a(i,j),用构造法必能得到可行解

1)I与j同为奇数2)I与j同为偶数

2

2

331

1

44

(2)再考虑m*n为偶数的情况

类似地,由自然染色法得知,去掉的两格必定异色,即一个奇格,一个偶格(不然两种格子总数不等)

另一方面,用构造法,将用一些粗线将棋盘隔成宽为1的长条路线,使从任一格出发可以不重复地走遍棋盘并回到出发点。

B

A

针对染色法,上面的例子都是利用“各类颜色格子总数必须相等”这一条件推出矛盾,但又些时候,只考虑这个条件是不够充分的。

例38*8棋盘剪去哪个方格才能用21个1*3的矩形覆盖,

分析:

蓝色:

21个白色:

22个黑色:

21个

考虑到对称性,只有剪去a(3,3)、a(3,6)、a(6,3)、a(6,7)中的某一个才能满足题意。

小结

覆盖类问题其实是一个难度较大的课题,这里只讨论了一些简单的情况,以说明染色法与构造法的应用

需要补充的是,染色法的种类形形色色、五花八门。

考虑到可推广性和易操作性,本文只着重研究了“间隔染色法”(即自然染色法的推广)

马的遍历

马行走规则:

从2*3的矩形一个角按对角线跳到另一个角上

棋盘中马的遍历问题分两类

(1)马的哈密尔顿链

(2)马的哈密尔顿圈

马的哈氏链

通常有四种方法

1贪心法——每一步跳向度最小的点

2分治法——将棋盘分成几个小棋盘,分别找哈氏链,再连接起来

3镶边法——先在一个小棋盘中找到哈氏链,然后在棋盘四周镶边,已产生大棋盘的哈氏

链。

按上述方法不难得到下面结论

n*n棋盘存在哈氏链的充要条件是n>3。

马的哈氏圈

例4求n*n棋盘的哈氏圈分析将棋盘自然染色,考察无解情况。

马无论怎么走,都必须按黑格,白格,黑格,白格((((((如此循环。

由于要回到起点(起点与终点同色),途经两种颜色的格子数必相等,可知n为奇数时无解。

因为大小限制,n<6时也无解

当n>=6且为偶数时,用镶边法构造

假设(n-4)*(n-4)的棋盘已找到哈氏圈

1)n除以4余2时,

在内矩形四个角(A、E、I、M)上分别开口。

CODP116192674

AM2025251827BN15261783624213211289FJ351423303312

EI223134131029

HL

GK

1将C与D所在的外回路与“内矩形”的回路在A、B上对接,变成A-C-(((-D-B。

2将G与H所在的外回路与“内矩形”的回路在E、F上对接,变成E-G-(((-H-F。

3将K与L所在的外回路与“内矩形”的回路在I、J上对接,变成I-K-(((-L-J。

4将O与P所在的外回路与“内矩形”的回路在M、N上对接,变成M-O-(((-P-N。

{在这里,要注意一个问题,就是作为基础矩形的“内矩形”的回路,首先要满足:

A的下一步到B,E的下一步到F,I的下一步到J,M的下一步到N。

只有这样,构造成的新矩形才能继续作为“内矩形”按上述规则向外扩展。

现给出满足要求的基础矩形的一组解(N=6)}

2)n除以4余0时

在内矩形四个角(A、E、I、M)上分别开口。

CO

DP

AM

154473849523126BN

463925332272251556437483502530404556332823421633661445720292460413415125819FJ356243581710136EI42591611147189HL

GK

1将C与D所在的外回路与“内矩形”的回路在A、B上对接,变成A-C-(((-D-B。

2将G与H所在的外回路与“内矩形”的回路在E、F上对接,变成E-G-(((-H-F。

3将K与L所在的外回路与“内矩形”的回路在I、J上对接,变成I-K-(((-L-J。

4将O与P所在的外回路与“内矩形”的回路在M、N上对接,变成M-O-(((-P-N。

一个猜想:

m*n(m<=n)棋盘不存在哈氏圈的充要条件是:

m,n满足下列条件之一

(1)m,n都是奇数

(2)m=1,2或4

(3)m=3且n=4,6,8

其它应用

例5蠕虫世界(Uva)

蠕虫在一张N*N的网上爬行。

每个网格上有一个数字,蠕虫不能经过相同的数字两次。

开始的时候,蠕虫任意选择一个格子作为起始点。

它爬行只能沿水平或竖直方向,且不能超出网外。

蠕虫如何移动才能到达尽可能多的网格呢,下面是一个样例。

分析:

采用“染色法”贪心出一个上界。

1自然染色

设Tfree,Tblack,Twhite分别记录三类格子数量2

对每一种数字(1,2,3„„)分析

1)只存在标有该数字的白色格子,Twhite,Twhite+1

2)只存在标有该数字的黑色格子,Tblack,Tblack+1

3)存在标有该数字的黑白两色格子,Tfree,Tfree+1

3估价上界

(Twhite,Tfree)*2,1(Twhite,Tfree,Tblack),Lmax,,Tblack,Twhite,Tfree(Twhite,Tfree,Tblack),

(假设Twhite<=Tbalck,否则交换即可)

结语

存在性问题——〉染色法

可行性问题——〉构造法

在以棋盘为模型的问题中,综合运用这两种方法,双管齐下,往往能收到事半功倍的效果~

谢谢

许多MM在减肥的过程中困难重重,用尽方法却瘦不下来,其实只有在数不清的技巧,推敲中找到属于跟适合自己的最佳方式,才能在健康的瘦身道路上走下去,下面一些瘦身的小技巧,一定可以帮到你~

1、慢慢吃

我们都曾在美味佳肴面前狼吞虎咽。

等你发现自己吃撑的时候,已经为时太晚了。

然而当发现自己因为吃得太撑感到不适时总是为时已晚。

这是因为,我们的大脑需要大概20分钟,才能接收到“已经吃饱了”的讯息。

营养学专家WesleyDelbridge表示。

“在吃第二碗饭前,不妨先喝上一杯水,等个十几分钟。

”他说,“让你的大脑告诉你,你是否已经吃饱了。

2、切碎你的食物

不论是享用牛腩、三文鱼、面包圈还是鸡蛋卷,在食用之间都可以尝试把这些食物切成碎片。

近期,美国亚利桑那州立大学的研究表明,被给予切好的面包圈的参与者,比直接食用完整面包圈的参与者,在试验中吃的要少得多。

在20分钟后的免费午餐招待中,那些吃面包圈切片的参与者仍然吃的比较少。

研究人员表示,预先切好食物能使食用过程中的每一次咀嚼都更加舒适,因此能够一定程度上实现对饮食量的掌控。

3、饭后刷牙、剔牙

“一旦结束午餐或晚餐,应当立刻使用牙刷或者牙线。

”匹兹堡NutritionCheckUp的营养学家HeatherMangieri如此建议

道。

当你感到牙齿清洁、口气清新时,你就不会再没心没肺的呆在厨房吃个不停了。

久坐族常常都有恼人的“游泳圈”,不仅仅影响美观,还很难减,这可怎么办呢,来看看小编推荐的10个最佳的瘦腰运动吧~总有适合你的一种,还等什么,赶紧动起来吧~

1、简易坐扭转

这个体式可以很好的帮你拉伸脊柱并消除背痛,然后帮你按摩腹部减少腰部的赘肉,来促进消化器官的蠕动。

盘腿坐在一块折叠的毛毯上,骨盆水平,挺直腰背。

吸气向上拉长脊柱,随着呼气的时候拉伸着向右后方转,左手放在右大腿上,右手放在身后毛毯边缘,保持30秒,然后收回。

相反方向重复同样的动作。

2、半鱼王

这个扭转可以很好的作用在腹部区域,把横膈膜及腹腔带进行一个强烈的扭转,它的扭转力度会非常强大,帮助收紧腰腹肌肉。

这是一个更为高级的扭转体式。

我们需要让一腿折叠在下方,让脚掌竖着立在地面上,上面的脚跨过来放在膝盖的外侧,脚尖和膝盖在一条线上,上面腿应该是垂直的。

可以把臀部下面垫上一个毯子,以防骨盆不会向后部倒,使背能向上立起来,随

着呼气的时候转,同样吸气拉伸脊柱,呼气把中背部推入体内,增加扭转。

快速瘦腰一:

“椅子运动”像是坐在椅子上那样,双手做扶扶手的姿势,后背靠在椅背上,注意其实没有椅子,只是自己想象着坐在椅子上。

之后身体慢慢下蹲,感觉屁屁真的坐在椅子上一样。

在做这个动作时腰部要用力,脚的位置不动,让大腿来承受身体的重量。

3、自行车运动

身体平躺在地板上,双手放于脑后,左腿膝盖弯曲并尽量向胸部靠近,右手肘向左腿膝盖靠近,右侧肩榜随之抬起。

之后换另一侧重复进行这个动作。

4、交错腿运动

身体平躺在地板上,双腿交叉,双手抱头,之后交叉的双腿慢慢抬起,尽量向上抬,使双腿与地面呈直角,头部也随之慢慢抬起。

当抬到最高点时停顿呼吸一次,之后重复进行这个动作。

5、健身球运动

让自己躺在健身球上,使下背部接触健身球,双手交叉放于胸部,也可以抱头。

腰部用力抬起上身,使身体离开健身球,注意保持平衡。

之后再躺下来,重复进行这个动作,像在健身球上做仰卧起坐一样,对于瘦腰腹很有效果。

6、蜘蛛侠式

这款动作可以运用到腹肌上的全部肌肉,也能兼顾到小腿、大腿、胸部、背部、手臂、肩膀的肌肉。

先是俯卧撑的姿势,手

臂要伸直,保持手肘和肩膀在同一条直线上,从侧面向前提拉右腿,如图中的方式,让膝盖尽量靠向右臂手肘,到极限的位置时再放下腿;之后换左腿,提拉再伸直,循环反复,两侧各15个算一组。

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