烧饼排序
燒餅排序
燒餅排序是個很有意思的實際問題:假設盤子上有 n 塊面積大小不一的燒餅,你如何用一把鍋鏟進行若干次翻轉,讓這些燒餅的大小有序(小的在上,大的在下)?
設想一下用鍋鏟翻轉一堆燒餅的情景,其實是有一點限制的,我們每次只能將最上面的若干塊餅子翻轉:
我們的問題是,如何使用算法得到一個翻轉序列,使得燒餅堆變得有序?
首先,需要把這個問題抽象,用數組來表示燒餅堆:
一、思路分析
為什么說這個問題有遞歸性質呢?比如說我們需要實現這樣一個函數:
// cakes 是一堆燒餅,函數會將前 n 個燒餅排序 void sort(int[] cakes, int n);如果我們找到了前 n 個燒餅中最大的那個,然后設法將這個餅子翻轉到最底下:
那么,原問題的規模就可以減小,遞歸調用 pancakeSort(A, n-1) 即可:
接下來,對于上面的這 n - 1 塊餅,如何排序呢?還是先從中找到最大的一塊餅,然后把這塊餅放到底下,再遞歸調用 pancakeSort(A, n-1-1)……
你看,這就是遞歸性質,總結一下思路就是:
1、找到 n 個餅中最大的那個。
2、把這個最大的餅移到最底下。
3、遞歸調用 pancakeSort(A, n - 1)。
base case:n == 1 時,排序 1 個餅時不需要翻轉。
那么,最后剩下個問題,如何設法將某塊燒餅翻到最后呢
其實很簡單,比如第 3 塊餅是最大的,我們想把它換到最后,也就是換到第 n 塊。可以這樣操作:
1、用鍋鏟將前 3 塊餅翻轉一下,這樣最大的餅就翻到了最上面。
2、用鍋鏟將前 n 塊餅全部翻轉,這樣最大的餅就翻到了第 n 塊,也就是最后一塊。
以上兩個流程理解之后,基本就可以寫出解法了,不過題目要求我們寫出具體的反轉操作序列,這也很簡單,只要在每次翻轉燒餅時記錄下來就行了。
二、代碼實現
只要把上述的思路用代碼實現即可,唯一需要注意的是,數組索引從 0 開始,而我們要返回的結果是從 1 開始算的。
// 記錄反轉操作序列 LinkedList<Integer> res = new LinkedList<>();List<Integer> pancakeSort(int[] cakes) {sort(cakes, cakes.length);return res; }void sort(int[] cakes, int n) {// base caseif (n == 1) return;// 尋找最大餅的索引int maxCake = 0;int maxCakeIndex = 0;for (int i = 0; i < n; i++)if (cakes[i] > maxCake) {maxCakeIndex = i;maxCake = cakes[i];}// 第一次翻轉,將最大餅翻到最上面reverse(cakes, 0, maxCakeIndex);res.add(maxCakeIndex + 1);// 第二次翻轉,將最大餅翻到最下面reverse(cakes, 0, n - 1);res.add(n);// 遞歸調用sort(cakes, n - 1); }void reverse(int[] arr, int i, int j) {while (i < j) {int temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;i++; j--;} }算法的時間復雜度很容易計算,因為遞歸調用的次數是 n,每次遞歸調用都需要一次 for 循環,時間復雜度是 O(n)O(n)O(n),所以總的復雜度是 O(n2)O(n^2)O(n2)。
總結