编程之美----小飞的电梯调度算法

时间:2022-07-08 09:48:21

原帖地址:http://blog.csdn.net/li4951/article/details/7486092

亚洲微软研究院所在的希格玛大厦一共有6部电梯。在高峰时间,每层都有人上下,电梯每层都停。实习生小飞常常会被每层都停的电梯弄的很不耐烦,于是他提出了这样一个办法:
由于楼层并不算太高,那么在繁忙的上下班时间,每次电梯从一层往上走时,我们只允许电梯停在其中的某一层。所有乘客从一楼上电梯,到达某层后,电梯停下来,所有乘客再从这里爬楼梯到自己的目的层。在一楼的时候,每个乘客选择自己的目的层,电梯则计算出应停的楼层。
问:电梯停在哪一层楼,能够保证这次乘坐电梯的所有乘客爬楼梯的层数之和最少?

解法一:暴力枚举法。从第1层枚举到第N层,求出电梯在x层停的话,所有乘客需要怕多少层楼。求出最少的那层即可。代码略。

解法二:动态规划。假设电梯停在第x层,已知目的楼层在x层的有N2人,在x层以下的有N1人,在x层以上的有N3人。此时总花费为sum。则往上走一层的话,总花费变为sum + N2 + N1 - N3。那么初始状态电梯停在第一层,向上进行状态的变迁,开始时N2 + N1 - N3 < 0。sum越来越小,直到某一层N2 + N1 >= N3,就没有必要在往上走了。这时已求出最合适的楼层了。

解法三:我的方法。哈哈。其实没有那么复杂。假设只有两个人,一个去9层,一个去2层,那么不管电梯停在2至9层中间的任何楼层,两个人的总花费都是7.就比如在数轴上点2和点9中间的任何点距离2和9的距离之后都是7。那么停在哪都无所谓了。接着我们扩展开来,假设有N个人,他们的目标楼层分别是2,3,3,4,5,5,5,7,7,8,9。按我们的想法,对于两端的(2,9)电梯只要停在他们之间都一样。同理对于(3,8)电梯只要停在他们中间都一样……。最终电梯只要停在中间那个数即可。也就是中位数。原来弄半天只需求出中位数即可啊。如果N是偶数个的话,停在中间那两个数任何一个都可以的。欢迎大家对我的解法拍砖。代码就不用了吧。

扩展问题的解法:
如果往上爬楼梯比较累,往下走较容易,假设往上走一层耗费k单位的能量,往下走一层只耗费1单位的能量。此时就不适合用我的解法三了,解法二更加适合。代码如下:

 

[cpp]  view plain copy
  1. int controlElevator(int nPerson[], int nfloor, int upWeight){  
  2.     int targetFloor = 1;  
  3.     int minFloor = 0;  
  4.     int N1 = 0;  
  5.     int N2 = nPerson[1];  
  6.     int N3 = 0;  
  7.     int i = 0;  
  8.     for(i = 2; i <= nfloor; i++){ //i表示大众意义上的第i层  
  9.         N3 += nPerson[i];  
  10.         minFloor += (nPerson[i] * (i - 1) * upWeight);  
  11.     }  
  12.     for(i = 2; i <= nfloor; i++){  
  13.         if(N1 + N2 < N3 * upWeight){  
  14.             minFloor += (N1 + N2 - N3 * upWeight);  
  15.             N3 -= nPerson[i];  
  16.             N1 += N2;  
  17.             N2 = nPerson[i];  
  18.             targetFloor = i;  
  19.         }  
  20.         else  
  21.             break;  
  22.     }  
  23.     return minFloor;  
  24. //  return targetFloor;  
  25. }  
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

原贴地址:http://blog.csdn.net/lonelycatcher/article/details/7910877

亚洲微软研究院所在的希格玛大厦一共有6部电梯。在高峰时间,每层都有人上下,电梯每层都停。实习生小飞常常会被每层都停的电梯弄的很不耐烦,于是他提出了这样一个办法:
由于楼层并不算太高,那么在繁忙的上下班时间,每次电梯从一层往上走时,我们只允许电梯停在其中的某一层。所有乘客从一楼上电梯,到达某层后,电梯停下来,所有乘客再从这里爬楼梯到自己的目的层。在一楼的时候,每个乘客选择自己的目的层,电梯则计算出应停的楼层。

问:电梯停在哪一层楼,能够保证这次乘坐电梯的所有乘客爬楼梯的层数之和最少?

方法一:暴力枚举,时间复杂度O(N^2)

[cpp]  view plain copy
  1. /* 
  2.  * O(N^2) 
  3.  */  
  4. int N;  
  5. int nPerson[N+1];  
  6. int target_floor;  
  7. int min_floors = INT_MAX;  
  8.   
  9. for(i = 1;i<=N;i++)  
  10. {  
  11.     int sum_floors = 0;  
  12.     for(j = 1;j<=N;j++)  
  13.     {  
  14.         sum_floors += nPerson[j] * abs(j - i);  
  15.     }  
  16.     if(sum_floors < min_floors)  
  17.     {  
  18.         min_floors = sum_floors;  
  19.         target_floor = i;  
  20.     }  
  21.     return (target_floor);  
  22. }  

方法二:书上提供的O(N)的动态规划的算法。

假设电梯停在i层楼,可以计算出所有乘客要爬楼层的层数为Y,假设此时有N1个乘客在i层楼以下,N2个乘客在I层楼,N3个乘客在I层楼以上,则当电梯停在i+1层的时候,N1+N2个乘客要多下一层楼,共多下N1+N2层,N3个乘客要少往上面爬一层楼,少上N3层楼,此时Y(i+1) = Y(i) + N1+N2-N3,很显然,当N1+N2<N3的时候,Y不断减小。Y1很容易算出来,另外我们还可以看出,N1+N2是递增的,N3是递减的,所以N1+N2一旦大于N3的时候,我们直接退出循环即可,没有必要再计算下去了。

[cpp]  view plain copy
  1. /* 
  2.   O(N)  dp 
  3.  */  
  4. int N;  
  5. int nPerson(N+1);  
  6. int target_floor = 1;  
  7. int min_floors = 0;  
  8. int N1 = 0,N2 = nPerson[1],N3 = 0;  
  9. for(i = 2;i<=N;i++)  
  10. {  
  11.     min_floors += nPerson[i] * (i-1);  
  12.     N3 +=nPerson[i];  
  13. }  
  14.   
  15. for(i = 2;i<=N;i++)  
  16. {  
  17.     if(N1+N2 < N3)  
  18.     {  
  19.         target_floor = i;  
  20.         min_floors +=(N1+N2-N3);  
  21.   
  22.         N1 +=N2;  
  23.         N2 = nPerson[i];  
  24.         N3 -=nPerson[i];  
  25.     }  
  26.     else  
  27.         break;  
  28. }  
  29. return target_floor;  
方法三:中位数

其实这道题目仔细分析起来就是求一组数据的中位数而已。假设两人,分别到3层楼和8层楼下,在3和8之间取一点,使得到两个点距离最小,很显然,在3和8中的每一点到3和8的距离之和都是相等的。推广到2 3 5 5 6 7 8 8 9这样一组数据,target_floor为中位数。

[cpp]  view plain copy
  1. /* 
  2.  * mid_value 
  3.  * 
  4.  */  
  5. int nPerson[N+1];  
  6. int target_floor;  
  7.   
  8. int left = 1,right = N;  
  9. while(right-left > 1)  
  10. {  
  11.     while(nPerson[left] == 0)left++;  
  12.     nPerson[left] --;  
  13.     while(nPerson[right--] == 0)right--;  
  14.     nPerson[right] --;  
  15. }  
  16. return left;  

扩展问题,往上爬一层要耗费K个单位的能量,往下走耗费1个单位的能亮,只需要计算N1+N2-N3变成N1+N2-N3*K即可。其余的都是一样的。

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

原帖地址:http://blog.csdn.net/zhanglei0107/article/details/8150437

设有N2个乘客在第i层下,N1个乘客的目的地楼层在第i层以下,N3个乘客的楼层在第i层以上

假设电梯从停在i层改停在为i+1层,停在第i层时消耗的总能量为E

则改为i+1层停之后原先i层以上的乘客即N3个乘客少往上爬一层,原先第i层的N2个乘客需多往下爬一层,原先第i层以下的N1个乘客需多往下爬一层。

所需总能量变为E-N3*K+N1+N2

若N3*K>(N1+N2),则停在i+1层好



若停第i层比停i+1层能量消耗低,会出现停第i层比停第i+2层能量消耗多的情况么


已知 N3*K<(N1+N2)

从i层到i+2层

消耗的能量变为E+2(N1+N2)+nPersons[i+1]-k(N3-nPersons[i+1])>E

因此循环只要有一次停第i层比停i+1层能量消耗低,后面变无需再比较


[cpp]  view plain copy
  1. //nPerson[i]表示到第i层的乘客数目  
  2. //N1代表目标楼层在第i层以下的乘客数  
  3. //N2代表目标楼层第i层的乘客数  
  4. //N3代表目标楼层在第i层以上的乘客数  
  5. void (int *nPerson,int k){  
  6.     int nMinEnergy=0;  
  7.     int nTargetFloor=1;  
  8.     int N1,N2,N3;  
  9.     int i;  
  10.     for(N1=0,N2=nPerson[1],N3=0,i=2;i<N;i++)  
  11.     {  
  12.         N3+=nPerson[i];  
  13.         nMinEnergy+=nPerson[i]*(i-1)*k;  
  14.           
  15.     }  
  16.     for(i=2;i<N;i++)  
  17.     {  
  18.         if(N3*k>(N1+N2)){  
  19.             nTargetFloor=i;  
  20.             nMinEnergy=nMinEnergy-N3*K+N1+N2;  
  21.             N1=N1+nPerson[i-1];  
  22.             N3-=nPerson[i];  
  23.             N2=nPerson[i];  
  24.               
  25.         }  
  26.         else  
  27.             break;  
  28.     }  
  29. }  

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

【原创】编程之美---小飞的电梯调度问题 (停k层的解法)  

问题.有一栋楼,一共有N层,要去每一层的人分别是A[1],A[2]....A[N],如果电梯可以停K次,问停在哪K层让所有人走的矩离最短?

[备注:这只是我的个人解法,欢迎和我讨论]

解法:
用一个数组opt[i][j]记录电梯前i次停在1到j层之间,所有人走的路的最短矩离。用cost[i][j]记录如果电梯从第i层到第j层只能停一次,电梯停在最佳位置让所有人走的矩离最短的最优解。那么cost[i][j]怎么求呢?(这里把这个解法省略,具体可参见编程之美“小飞的电梯调度”)。如果前i次停留在前j层,那么第i+1次停留在第j+1j+k(j+k<=n),则状态转移方程为
opt[i+1][j+k]=min{opt[i][j]+cost[j+1][j+k];} (k+j<=n)

Cost数组存放电梯从第i层j层停一次的最小走动矩离,构造cost的代码如下:

    for(i=1;i<=m;i++)

        for(j=i;j<=m;j++)

        {

            cost[i][j] = 0;

            mid = 求得电梯在i到j层的最佳停留位置;

            for(k=i;k<=j;k++)

                cost[i][j]+=(distance[mid]-distance[k])>=0 ?

distance[mid]-distance[k]:distance[k]-distance[mid];

        }

Opt[i][j] 表示从电梯在第1层到j层停i次所有人的最小走动矩离,对于i=1(即电梯只停一次的情况)来说,opt[i][j] = cost[i][j],如果让电梯在1 至 j层停两次,也就是i=2的情况,可能是下面一种情况的最优解:

第一次停在第一层,第二次停在2至j层;

第一次停在1至2层,第二次停在3至j层;

第一次停在1至3层,第二次停在4至j层;

等等。。。。。

该部分的代码如下:


for(i=0;i<=n;i++)

        for(j=0;j<=m;j++)

            if(opt[i][j]<Integer.max)

            {

                for(k=1;j+k<=m;k++)

                {

                    if(opt[i+1][j+k]>opt[i][j]+cost[j+1][j+k])

                    {

                        opt[i+1][j+k] = opt[i][j]+cost[j+1][j+k];

                    }

                }

            }