算法分析与设计实践大作业

1. 问题

圆排列问题:给定n个圆的半径序列,将它们放到矩形框中,各圆与矩形底边相切,求具有最小排列长度的圆排列。

2. 解析

首先,已知圆的个数n以及记录各圆半径的数组r[i],i=1~n ,记录各圆圆心横坐标的数组x[i],i=1~n。要记录最短排列长度minlen,最终求出排列顺序。要注意,只要大小合适,目标圆就有可能与排列中的任意一个圆相切。要求x[n]时,要从前往后的一一比较,先得到x[1]+a1的值,再得到x[2]+a2的值……一直到x[n-1]+an-1的值,与上一次的值相比较,若距离更大则更新,否则不做处理。
圆排列的解空间是一棵排列树。假设有n个圆排列:1,2,3……n。只要计算出n!/2种排列:

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所以,只要知道第一个和第n个位置的数,那么排列时,就只剩下第2个到第n-1个位置。
另外,如果有m个圆的半径相同,那么交换后总长度也相同,所以只要计算一个。
如果有n个圆,前m个已经排好位置,那么还有n-m个待排序定位。当搜索到第m+1个圆时:
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两个长度相加就是新的最短长度。

3. 设计

求每个圆的圆心坐标:
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计算当前圆排列的长度:
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回溯:
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4. 分析

时间复杂度:
在回溯算法中,搜索子结点的时间复杂度是O(n!)次,而Backtrack()函数每次计算需要O(n)计算时间,从而整个算法的计算时间复杂性为O((n+1)!)。
空间复杂度:
由于r[]数组,x[]数组的大小都为n,故空间复杂度为O(n)。

5. 源码

https://github.com/kekekeQWQ/14