动态规划问题-怎么扔鸡蛋

在网上查资料的时候无意间看到了这道谷歌面试题,据说这道面试题刷了好多的大牛(可怕)。读了几篇文章,读懂以后感觉这种解决问题的思路和方法实在是太巧妙了,佩服!在最坏的情况下仍要保证付出最小的代价,这种思想非常值得让人去学习和借鉴,所以写一篇博客记录一下自己对这道题的理解。

题目

一幢 200 层的大楼,给你两个鸡蛋,如果在第 n 层扔下鸡蛋,鸡蛋不碎,那么从第 n-1 层扔鸡蛋,都不碎。这两只鸡蛋一模一样,不碎的话可以扔无数次,且鸡蛋在0层不会碎。设计一种策略能保证可以测出鸡蛋恰好会碎的楼层,且如果该策略是最坏的情况所扔次数最少。

解决问题

思维分析

首先我们需要确定最坏情况是什么样子的。
假设n是我们的决定第一次尝试的楼层,第一个鸡蛋从n层开始扔。

  1. 如果没有坏,那么我们就可以从[n+1,100]这个区间扔鸡蛋了,这个时候怎么扔就是我们需要考虑的策略。
  2. 但是如果运气比较背,鸡蛋坏了_!那么这个时候我们就只有一个鸡蛋了,所以为了满足我们要测出恰好会碎的楼层,我们只能从1楼一直扔到n-1楼。这个时候我们的最坏情况就是n次。

鸡蛋没有坏该怎么选择第二次以及以后扔鸡蛋的策略呢?
由于没有碎,所以第n层对于我们而言和第0层是一样一样的,所以我们不能采用一层一层增加的方式扔鸡蛋!因为有两个鸡蛋,比较任性。下面提出几个合理的假设,然后分析:

  1. 增加n层:碎了的话,最坏情况就是我们还要扔2n-n-1+2=n+1次,这个时候最坏情况比第一次还坏,而且照这个趋势下去,最坏情况只会越来越坏,是不可控的,所以这种策略抛弃。
  2. 增加大于n层:和增加n层一样,如果第一个鸡蛋碎了那最坏情况就是越来越坏,且比增加n层更坏(可以自己做个简单的算术推导一下)。
  3. 增加小于n层:随着n的不断减小,最坏情况下需要仍的次数恒定为n是不会变的(因为第一次就碎了,对于这种情况就是最坏情况)。那么我们需要考虑的是如何使扔的次数最少,想想看,果断取n-1,这样既保证了快速找到刚好碎的楼层,又保证了最坏情况扔的次数最少。
  4. 所以我们最后的策略是增加n-1层。

以上就是一个分析过程,对于第三次,第四次....都可以递归的进行分析。
由于最好情况是第一个鸡蛋一直扔到了100层,而100层与n之间是有一个函数关系的,下面就可以列出一个等式:
n+(n-1)+(n-2)+...+1=100=n(n+1)/2
所以n约等于14
所以第一次从第十四层开始扔,最坏情况就是第一次就碎了,然后需要从1楼开始一层一层的扔,共扔14次。

编程解答

以上是分析然后数学解答,还有一种代码做法,这里我就直接引用知乎大神的代码了哈。
设f(n, m)为n层楼, m个蛋所需次数, 那么它就成了一道DP题

import functools
def f(n, m):
    if n == 0:
        return 0
    if m == 1:
        return n

    ans = min([max([f(i - 1, m - 1), f(n - i, m)]) for i in range(1, n + 1)]) + 1
    return ans
print(f(100, 2))
print(f(200, 2))

知乎讨论

扔鸡蛋问题

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