最佳加法表达式(动态规划)

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采用动态规划解决最佳加法表达式比较容易,难点在于高精度计算,本文前部分给出了解决该问题的基本方法,转载了高精度方法。

一、题目描述

描述 给定n个1到9的数字,要求在数字之间摆放m个加号(加号两边必须有数字),使得所得到的加法表达式的值最小,并输出该值。例如,在1234中摆放1个加号,最好的摆法就是12+34,和为36

输入 有不超过15组数据 每组数据两行。第一行是整数m,表示有m个加号要放( 0<=m<=50) 第二行是若干个数字。数字总数n不超过50,且 m <= n-1   输出 对每组数据,输出最小加法表达式的值

样例输入 2 123456 1 123456 4 12345   样例输出 102 579 15

提示 要用到高精度计算,即用数组来存放long long 都装不下的大整数,并用模拟列竖式的办法进行大整数的加法。

二、问题分析

将m个加号插入到n个数中,求能得到的最小表达式结果。可以先考虑把最后一个加号插入到某个数之后,该数一定在m到n-1之间,因为剩余m-1个加号至少需要m个数来放置,所以最后一个加号的位置必然在m之后,毫无疑问最后一个加号最多放在倒数第二个数(n-1)之后。

将最后一个加号放到第k个数之后形成的表达式值由两部分组成: (1)前m-1个加号放到前k个数中形成得到的表达式值 minVal(m-1,k) (2)第k+1字符到最后一个字符组成的数值,Num(k+1,n) 没有加号时,结果只由第二部分组成

所以

最小加法表达式   minVal(m,n) = Min{ minVal(m-1,k) + Num(k+1,n) } ( k = m … n-1)

三、源代码

1.先给出我的非高精度算法,主要看思路

// 最佳加法表达式,非高精度版
//

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;


int main()
{
	int m = 0;
	int n = 0;
	string numLine;	//输入的数字序列
	int Num[50][50];//Num[i][j]表示numLine序列第i个到第j个数字连接成的数的值
	int minVal[50][50];//minVal[i][j]表示将i个加号放到j个数字中能得到的最小表达式值
	while (cin >> m )
	{
		cin >> numLine;
		n = numLine.length();

		for (int i = 1; i <= n; ++i)//将第i、j间的连续字符序列转变为一个数值
		{
			Num[i][i] = numLine[i - 1] - '0';
			for (int j = i + 1; j <= n; ++j) {
									//numline的下标从0开始取,第j个字符的下标为j-1
				Num[i][j] = Num[i][j - 1] * 10 + numLine[j - 1] - '0';
			}
		}

		memset(minVal, 0x3f, sizeof(minVal));
		for (int i = 1; i <= m; ++i)//i 个 加号
		{
			for (int j = i; j <= n; ++j)//j个数字,数字个数不能少于加号个数
										//需要取j=i,不然算不对
			{
				minVal[0][j] = Num[1][j];//没有加号的情形
				for (int k = i; k < j; ++k)//最后一个加号的位置,循环
					minVal[i][j] = min(minVal[i][j], minVal[i - 1][k] + Num[k + 1][j]);
			}
		}
		cout << minVal[m][n]<<endl;
	}
	return 0;
}

2.然后是高精度算法

申明 以下两种方法转自 郭怡柔,个人认为第一种思路比较顺畅,易于理解

第一种思路,定义一个高精度数的类,以及该类的+、<、<<, 同时定义从字符串转为数值的方法

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;
struct BigInt
{
    int num[110];
    int len;
    BigInt operator+(const BigInt & n) { //重载+,使得 a + b在 a,b都是 BigInt变量的时候能成立
        int ml = max(len,n.len);
        int carry = 0; //进位 
        BigInt result;
        for(int i = 0;i < ml; ++i) {
            result.num[i] = num[i] + n.num[i] + carry;
            if( result.num[i] >= 10)     {
                carry = 1;
                result.num[i] -= 10;
            }
            else
                carry = 0;
        }
        if ( carry == 1) {
            result.len = ml + 1;
            result.num[ml] = 1;
        }
        else 
            result.len = ml;
        return result;
    }
    bool operator<(const BigInt & n) {
        if( len > n.len )
            return false;
        else if( len < n.len)
            return true;
        else {
            for(int i = len -1; i >= 0; -- i) {
                if( num[i] < n.num[i])
                    return true;
                else if( num[i] > n.num[i])
                    return false;
            }
            return false;
        }
    }
    BigInt() {
        len = 1;
        memset(num,0,sizeof(num));
    }
    BigInt(const char * n,int L) { //由长度为L的char数组构造大整数。n里面的元素取值范围从 1-9。 
        memset(num,0,sizeof(num));
        len = L;
        for(int i = 0; n[i]; ++i)
            num[len-i-1] = n[i] - '0';
    }
};
ostream & operator <<(ostream & o,const BigInt & n) 
{
    
    for(int i = n.len - 1;i >= 0; --i)
        o << n.num[i];
    return o;
}
const int MAXN  = 60;
char a[MAXN];
BigInt Num[MAXN][MAXN];//Num[i][j]表示从第i个数字到第j个数字所构成的整数 
BigInt V[MAXN][MAXN]; //V[i][j]表示i个加号放到前j个数字中间,所能得到的最佳表达式的值。 
int main()
{
    int m,n;
    BigInt inf; //无穷大 
    inf.num[MAXN-2] = 1;
    inf.len = MAXN-1;
 
    while(cin >> m ) {
        cin >> a+1;
        n = strlen(a+1);
        for(int i = 1;i <= n; ++i) 
            for(int j = i;j<= n; ++j) {
                Num[i][j] = BigInt(a+i,j-i+1);  
            }
        for(int j = 1; j <= n; ++j)  {
            V[0][j] = BigInt(a+1,j);
        }
        
        for(int i = 1;i <= m; ++i) {
            for(int j = 1; j <= n; ++j) {
                if( j - 1 < i) 
                    V[i][j] = inf;
                else {
                    BigInt tmpMin = inf;
                    for(int k = i; k < j; ++k) {
                        BigInt tmp = V[i-1][k] + Num[k+1][j]; 
                        if (tmp < tmpMin)
                            tmpMin = tmp;
                    }
                    V[i][j] = tmpMin;
                }
            }
        }
        cout << V[m][n] << endl;
    }
    return 0;
}

  第二种思路 定义两个字符串的加法与比较运算

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;
struct BigInt
{
    int num[110];
    int len;
    BigInt operator+(const BigInt & n) { //重载+,使得 a + b在 a,b都是 BigInt变量的时候能成立
        int ml = max(len,n.len);
        int carry = 0; //进位 
        BigInt result;
        for(int i = 0;i < ml; ++i) {
            result.num[i] = num[i] + n.num[i] + carry;
            if( result.num[i] >= 10)     {
                carry = 1;
                result.num[i] -= 10;
            }
            else
                carry = 0;
        }
        if ( carry == 1) {
            result.len = ml + 1;
            result.num[ml] = 1;
        }
        else 
            result.len = ml;
        return result;
    }
    bool operator<(const BigInt & n) {
        if( len > n.len )
            return false;
        else if( len < n.len)
            return true;
        else {
            for(int i = len -1; i >= 0; -- i) {
                if( num[i] < n.num[i])
                    return true;
                else if( num[i] > n.num[i])
                    return false;
            }
            return false;
        }
    }
    BigInt() {
        len = 1;
        memset(num,0,sizeof(num));
    }
    BigInt(const char * n,int L) { //由长度为L的char数组构造大整数。n里面的元素取值范围从 1-9。 
        memset(num,0,sizeof(num));
        len = L;
        for(int i = 0; n[i]; ++i)
            num[len-i-1] = n[i] - '0';
    }
};
ostream & operator <<(ostream & o,const BigInt & n) 
{
    
    for(int i = n.len - 1;i >= 0; --i)
        o << n.num[i];
    return o;
}
const int MAXN  = 60;
char a[MAXN];
BigInt Num[MAXN][MAXN];//Num[i][j]表示从第i个数字到第j个数字所构成的整数 
BigInt V[MAXN][MAXN]; //V[i][j]表示i个加号放到前j个数字中间,所能得到的最佳表达式的值。 
int main()
{
    int m,n;
    BigInt inf; //无穷大 
    inf.num[MAXN-2] = 1;
    inf.len = MAXN-1;
 
    while(cin >> m ) {
        cin >> a+1;
        n = strlen(a+1);
        for(int i = 1;i <= n; ++i) 
            for(int j = i;j<= n; ++j) {
                Num[i][j] = BigInt(a+i,j-i+1);  
            }
        for(int j = 1; j <= n; ++j)  {
            V[0][j] = BigInt(a+1,j);
        }
        
        for(int i = 1;i <= m; ++i) {
            for(int j = 1; j <= n; ++j) {
                if( j - 1 < i) 
                    V[i][j] = inf;
                else {
                    BigInt tmpMin = inf;
                    for(int k = i; k < j; ++k) {
                        BigInt tmp = V[i-1][k] + Num[k+1][j]; 
                        if (tmp < tmpMin)
                            tmpMin = tmp;
                    }
                    V[i][j] = tmpMin;
                }
            }
        }
        cout << V[m][n] << endl;
    }
    return 0;
}

  参考网址:www.cnblogs.com/yun-an/p/10…