[算法]一个关于组合的算法
【问题描述】（专业领域问题，保密起见此处省略……）
【模型】
data[][]={
{0, 100, 200, 300},
{0, 50, 100},
{0, 150, 300},
{0, 100, 200, 300, 400,}
}
//2维数组data，M行，每一行代表一组数据，每组数据内有序
//要求：从每一组数据中，取出且仅仅取出一个数，然后使这些数据的和满足[MIN, MAX]范围。
这是最近同学遇到的一个问题，开始先用非递归方法实现的，后来为了比较递归和非递归的区别，又用递归方法实现了。
先说说非递归方法，我的思路是：肯定要遍历各组数据之间的所有组合，即任意Xi属于组Si（i=0,1,2,....,M-1），{X1,X2,...,X(M-1)}的所有组合。当然，因为各组数据之内有序，可以在遍历过程中增加判断，如果当前的和已经大于M，则可以结束当前循环，以及后面的判断。采用数组INDEX[0---M-1]来记录每一行当前循环的index，如果后面的i行的index已经达到该行的最大index，则i-1行加一。及类似数字进位原理。（后来听同学说，这样也可以解决多层循环的问题）。
1
package swing;
2
3import java.util.ArrayList;
4
5
6
public class HHH {
7
private final int[] INDEX; //记录当前各层下一步的Index
8 private final int[] LENGTH; //记录各层的长度
9 private double[][] data; //原始数组
10 private double[][] result; //记录组合
11 private final double MIN; //要组合的数的和的下限
12 private final double MAX; //要组合的数的和的上限
13 private final int DD; //二维数组的行数
14
public HHH(double[][] data, double min, double max) {
15 this.data = data;
16 this.MIN = min;
17 this.MAX = max;
18
19 if (this.data == null) {
20 DD = 0;
21
}
22 else {
23 DD = data.length;
24 }
25 INDEX = new int[DD];
26 LENGTH = new int[DD];
27 for (int i = 0; i < DD; i++) {
28 if (data[i] != null) {
29 LENGTH[i] = data[i].length;
30 }
31 else {
32 LENGTH[i] = 0;
33 }
34 }
35 //filter first
36 for (int i = 0; i < DD; i++) {
37 for (int j = 0; j < LENGTH[i]; j++) {
38 if (data[i][j] > MAX) {
39 LENGTH[i] = j;
40 }
41 break;
42 }
43 }
44
45 //greatly filter
46 ArrayList a = new ArrayList();
47 double[] temp = new double[DD];
48 double sum = 0;
49 boolean over = false;
50 while (true) {
51 sum = 0;
52 for (int i = 0; i < DD; i++) {
53 temp[i] = data[i][INDEX[i]];
54 sum += temp[i];
55 if (sum > MAX) { //此处判断，可大量提高速度
56 for (int j = i + 1; j < DD; j++) {
57 INDEX[j] = LENGTH[j] - 1;
58 break;
59 }
60 }
61 }
62 if (sum >= MIN && sum <= MAX) {
63 a.add(temp);
64 temp = new double[DD];
65 }
66 INDEX[DD - 1]++;
67 int div = INDEX[DD - 1] / LENGTH[DD - 1];
68 INDEX[DD - 1] %= LENGTH[DD - 1];
69 for (int i = DD - 2; i >= 0; i--) {
70 int ttt = INDEX[i] + div;
71 if (ttt == LENGTH[0]) {
72 over = true;
73 break;
74 }
75 INDEX[i] = ttt % LENGTH[i];
76 div = (ttt) / LENGTH[i];
77 }
78 if (over) {
79 break;
80 }
81 }
82 //format
83 int size = a.size();
84 result = new double[size][];
85 for (int i = 0; i < size; i++) {
86 result[i] = (double[]) a.get(i);
87 }
88 }
89
90 public double[][] getResult() {
91 return result;
92 }
93
94 public void printResult() {
95 if (result != null) {
96 for (int i = 0; i < result.length; i++) {
97 for (int j = 0; j < result[i].length; j++) {
98 System.out.print(result[i][j] + " ");
99 }
100 System.out.println();
101 }
102 }
103 }
104
105 public static void main(String[] args) {
106 double[][] capacity = {
107 {
108 0, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 5500, 5510, 5515, 5520,
109 5560, 6000}
110 , {
111 0, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2000, 2211, 2222, 2233}
112 , {
113 0, 300, 600, 900, 1200}
114 , {
115 0, 300, 600}
116 , {
117 0, 135, 150, 230, 460}
118 , {
119 0, 300, 600, 4000}
120 , {
121 0, 600, 1200, 1800, 2400}
122 , {
123 0, 300, 600}
124 , {
125 0, 300, 600, 1000}
126 };
127 long begin = System.currentTimeMillis();
128 HHH h = new HHH(capacity, 7000, 8000);
129 begin = System.currentTimeMillis() - begin;
130 System.out.println("time used: " + (begin / 1000.0) + "s");
131 System.out.println("" + h.getResult().length);
132 //输出太多，省略
133 //h.printResult();
134 }
135
136
}
package swing;2
3
import java.util.ArrayList;4
5
6
public class HHH {
7
private final int[] INDEX; //记录当前各层下一步的Index8
private final int[] LENGTH; //记录各层的长度9
private double[][] data; //原始数组10
private double[][] result; //记录组合11
private final double MIN; //要组合的数的和的下限12
private final double MAX; //要组合的数的和的上限13
private final int DD; //二维数组的行数14
public HHH(double[][] data, double min, double max) {
15
this.data = data;16
this.MIN = min;17
this.MAX = max;18
19
if (this.data == null) {20
DD = 0;21
}22
else {23
DD = data.length;24
}25
INDEX = new int[DD];26
LENGTH = new int[DD];27
for (int i = 0; i < DD; i++) {28
if (data[i] != null) {29
LENGTH[i] = data[i].length;30
}31
else {32
LENGTH[i] = 0;33
}34
}35
//filter first36
for (int i = 0; i < DD; i++) {37
for (int j = 0; j < LENGTH[i]; j++) {38
if (data[i][j] > MAX) {39
LENGTH[i] = j;40
}41
break;42
}43
}44
45
//greatly filter46
ArrayList a = new ArrayList();47
double[] temp = new double[DD];48
double sum = 0;49
boolean over = false;50
while (true) {51
sum = 0;52
for (int i = 0; i < DD; i++) {53
temp[i] = data[i][INDEX[i]];54
sum += temp[i];55
if (sum > MAX) { //此处判断，可大量提高速度56
for (int j = i + 1; j < DD; j++) {57
INDEX[j] = LENGTH[j] - 1;58
break;59
}60
}61
}62
if (sum >= MIN && sum <= MAX) {63
a.add(temp);64
temp = new double[DD];65
}66
INDEX[DD - 1]++;67
int div = INDEX[DD - 1] / LENGTH[DD - 1];68
INDEX[DD - 1] %= LENGTH[DD - 1];69
for (int i = DD - 2; i >= 0; i--) {70
int ttt = INDEX[i] + div;71
if (ttt == LENGTH[0]) {72
over = true;73
break;74
}75
INDEX[i] = ttt % LENGTH[i];76
div = (ttt) / LENGTH[i];77
}78
if (over) {79
break;80
}81
}82
//format83
int size = a.size();84
result = new double[size][];85
for (int i = 0; i < size; i++) {86
result[i] = (double[]) a.get(i);87
}88
}89
90
public double[][] getResult() {91
return result;92
}93
94
public void printResult() {95
if (result != null) {96
for (int i = 0; i < result.length; i++) {97
for (int j = 0; j < result[i].length; j++) {98
System.out.print(result[i][j] + " ");99
}100
System.out.println();101
}102
}103
}104
105
public static void main(String[] args) {106
double[][] capacity = {107
{108
0, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 5500, 5510, 5515, 5520,109
5560, 6000}110
, {111
0, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2000, 2211, 2222, 2233}112
, {113
0, 300, 600, 900, 1200}114
, {115
0, 300, 600}116
, {117
0, 135, 150, 230, 460}118
, {119
0, 300, 600, 4000}120
, {121
0, 600, 1200, 1800, 2400}122
, {123
0, 300, 600}124
, {125
0, 300, 600, 1000}126
};127
long begin = System.currentTimeMillis();128
HHH h = new HHH(capacity, 7000, 8000);129
begin = System.currentTimeMillis() - begin;130
System.out.println("time used: " + (begin / 1000.0) + "s");131
System.out.println("" + h.getResult().length);132
//输出太多，省略133
//h.printResult();134
}135
136
}后来又用递归实现了，发现用递归实现反而思路更加简单，而且也好理解。就是从第一行到最后一行，每行取一个数，直到最后一行取了或者前面之和已经大于MAX为止。但是回退时要注意减掉上一次加的那个数。
1package swing;
2
3import java.util.ArrayList;
4
5
6
7public class HHH1 {
8 private double[][] data;
9 private final int DD;
10 private final double MAX;
11 private final double MIN;
12 private double[][] result;
13 private ArrayList res = new ArrayList();
14 private double[] tmp;
15 private double sum = 0;
16 public HHH1(double[][] data, double min, double max) {
17 this.data = data;
18 if (data != null) {
19 DD = data.length;
20 }
21 else {
22 DD = 0;
23 }
24 MAX = max;
25 MIN = min;
26 tmp = new double[DD];
27 }
28
29 public void process(int n, int index) {
30 if (n == index) {
31 if (sum >= MIN && sum <= MAX) {
32 res.add(tmp.clone());
33 }
34 }
35 else {
36 int i;
37 for (i = 0; i < data[index].length; i++) {
38 tmp[index] = data[index][i];
39 sum += tmp[index];
40 if (i > 0) {
41 sum -= data[index][i - 1];
42 }
43 if (sum > MAX) {
44 sum -= tmp[index];
45 break;
46 }
47 process(n, index + 1);
48 }
49 if (i == data[index].length) {
50 sum -= data[index][i - 1];
51 }
52 }
53 }
54
55 private void format() {
56 int size = res.size();
57 result = new double[size][];
58 for (int i = 0; i < size; i++) {
59 result[i] = (double[]) res.get(i);
60 }
61 }
62
63 public double[][] getResult() {
64 if (result == null) {
65 format();
66 }
67 return result;
68 }
69
70 public static void main(String[] args) {
71 double[][] capacity = {
72 {
73 0, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 5500, 5510, 5515, 5520,
74 5560, 6000}
75 , {
76 0, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2000, 2211, 2222, 2233}
77 , {
78 0, 300, 600, 900, 1200}
79 , {
80 0, 300, 600}
81 , {
82 0, 135, 150, 230, 460}
83 , {
84 0, 300, 600, 4000}
85 , {
86 0, 600, 1200, 1800, 2400}
87 , {
88 0, 300, 600}
89 , {
90 0, 300, 600, 1000}
91 };
92 long begin = System.currentTimeMillis();
93 HHH1 h = new HHH1(capacity, 7000, 8000);
94 h.process(capacity.length, 0);
95 double[][] res = h.getResult();
96 begin = System.currentTimeMillis() - begin;
97 System.out.println("time used: " + (begin / 1000.0) + "s");
98 System.out.println(res.length);
99// for(int i=0;i<h.res.size();i++){
100// double[] d=(double[])h.res.get(i);
101// for(int j=0;j<d.length;j++){
102// System.out.print(""+d[j]+" ");
103// }
104// System.out.println();
105// }
106 }
107}
package swing;2
3
import java.util.ArrayList;4
5
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7
public class HHH1 {8
private double[][] data;9
private final int DD;10
private final double MAX;11
private final double MIN;12
private double[][] result;13
private ArrayList res = new ArrayList();14
private double[] tmp;15
private double sum = 0;16
public HHH1(double[][] data, double min, double max) {17
this.data = data;18
if (data != null) {19
DD = data.length;20
}21
else {22
DD = 0;23
}24
MAX = max;25
MIN = min;26
tmp = new double[DD];27
}28
29
public void process(int n, int index) {30
if (n == index) {31
if (sum >= MIN && sum <= MAX) {32
res.add(tmp.clone());33
}34
}35
else {36
int i;37
for (i = 0; i < data[index].length; i++) {38
tmp[index] = data[index][i];39
sum += tmp[index];40
if (i > 0) {41
sum -= data[index][i - 1];42
}43
if (sum > MAX) {44
sum -= tmp[index];45
break;46
}47
process(n, index + 1);48
}49
if (i == data[index].length) {50
sum -= data[index][i - 1];51
}52
}53
}54
55
private void format() {56
int size = res.size();57
result = new double[size][];58
for (int i = 0; i < size; i++) {59
result[i] = (double[]) res.get(i);60
}61
}62
63
public double[][] getResult() {64
if (result == null) {65
format();66
}67
return result;68
}69
70
public static void main(String[] args) {71
double[][] capacity = {72
{73
0, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 5500, 5510, 5515, 5520,74
5560, 6000}75
, {76
0, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2000, 2211, 2222, 2233}77
, {78
0, 300, 600, 900, 1200}79
, {80
0, 300, 600}81
, {82
0, 135, 150, 230, 460}83
, {84
0, 300, 600, 4000}85
, {86
0, 600, 1200, 1800, 2400}87
, {88
0, 300, 600}89
, {90
0, 300, 600, 1000}91
};92
long begin = System.currentTimeMillis();93
HHH1 h = new HHH1(capacity, 7000, 8000);94
h.process(capacity.length, 0);95
double[][] res = h.getResult();96
begin = System.currentTimeMillis() - begin;97
System.out.println("time used: " + (begin / 1000.0) + "s");98
System.out.println(res.length);99
// for(int i=0;i<h.res.size();i++){100
// double[] d=(double[])h.res.get(i);101
// for(int j=0;j<d.length;j++){102
// System.out.print(""+d[j]+" ");103
// }104
// System.out.println();105
// }106
}107
}经过用两种方法对相同的数据进行测试，发现递归的程序明显比非递归的程序快。原因初步分析如下：虽说递归涉及到多次的函数调用，即进栈出栈的操作，但是因为函数调用使用栈，而非在堆中，因此速度比在非递归时使用的在堆中分配的数据要快。当然，这也许和我写的非递归算法有关。
关于递归与非递归的使用以及转换和效率问题，最近抽空研究下。
====================================================================================================
added on 2009-11-17
经测试，非递归算法之所以这么慢，是因为我在程序中处理“进位”时，使用了除法和取余操作，而这两种操作相对加法和比较来说，是比较费时的。经改进算法，程序已经达到和递归差不多的速度。看来以后写程序得注意了，如果能有替代方案，尽量少用乘除操作。虽然计算少的时候效果看不出来，
最近对递归和非递归看了下，感觉递归思想确实易理解，而且程序简练，但是也存在许多问题，比如多次函数调用导致耗资源，不便于控制处理过程等。所以以后还是能不用递归就不用了吧。
浙公网安备 33010602011771号