Program算法设计与分析基础中文版答案
习题1.1
5..证明等式gcd(m,n)=gcd(n,m mod n)对每一对正整数m,n都成立. Hint:
根据除法的定义不难证明:
? 如果d整除u和v, 那么d一定能整除u±v;
? 如果d整除u,那么d也能够整除u的任何整数倍ku.
对于任意一对正整数m,n,若d能整除m和n,那么d一定能整除n和r=m mod n=m-qn；显然，若d能整除n和r，也一定能整除m=r+qn和n。
数对(m,n)和(n,r)具有相同的公约数的有限非空集，其中也包括了最大公约数。故gcd(m,n)=gcd(n,r)
6.对于第一个数小于第二个数的一对数字,欧几里得算法将会如何处理?该算法在处理这种输入的过程中,上述情况最多会发生几次? Hint:
对于任何形如0<=m gcd(m,n)=gcd(n,m) 并且这种交换处理只发生一次. 7.a.对于所有1≤m,n≤10的输入, Euclid算法最少要做几次除法?(1次) b. 对于所有1≤m,n≤10的输入, Euclid算法最多要做几次除法?(5次) gcd(5,8) 习题1.2 1.(农夫过河) P—农夫 W—狼 G—山羊 C—白菜 2.(过桥问题) 1,2,5,10---分别代表4个人, f—手电筒 4. 对于任意实系数a,b,c, 某个算法能求方程ax^2+bx+c=0的实根,写出上述算法的伪代码(可以假设sqrt(x)是求平方根的函数) 算法Quadratic(a,b,c) //求方程ax^2+bx+c=0的实根的算法 //输入:实系数a,b,c //输出:实根或者无解信息 1 If a≠0 D←b*b-4*a*c If D>0 temp←2*a x1←(-b+sqrt(D))/temp x2←(-b-sqrt(D))/temp return x1,x2 else if D=0 return –b/(2*a) else return “no real roots” else //a=0 if b≠0 return –c/b else //a=b=0 if c=0 return “no real numbers” else return “no real roots” 5. 描述将十进制整数表达为二进制整数的标准算法 a.用文字描述 b.用伪代码描述 解答： a.将十进制整数转换为二进制整数的算法 输入：一个正整数n 输出：正整数n相应的二进制数 第一步：用n除以2，余数赋给Ki(i=0,1,2...)，商赋给n 第二步：如果n=0，则到第三步，否则重复第一步 第三步：将Ki按照i从高到低的顺序输出 b.伪代码 算法 DectoBin(n) //将十进制整数n转换为二进制整数的算法 //输入：正整数n //输出：该正整数相应的二进制数，该数存放于数组Bin[1...n]中 i=1 while n!=0 do { Bin[i]=n%2; n=(int)n/2; i++; } while i!=0 do{ print Bin[i]; i--; } 9.考虑下面这个算法,它求的是数组中大小相差最小的两个元素的差.(算法略) 对这个算法做尽可能多的改进. 算法 MinDistance(A[0..n-1]) //输入:数组A[0..n-1] //输出:the smallest distance d between two of its elements 2 习题1.3 1. 考虑这样一个排序算法,该算法对于待排序的数组中的每一个元素,计算比它小的元素个数,然后利 用这个信息,将各个元素放到有序数组的相应位置上去. a.应用该算法对列表‖60,35,81,98,14,47‖排序 b.该算法稳定吗? c.该算法在位吗? 解: a. 该算法对列表‖60,35,81,98,14,47‖排序的过程如下所示: b.该算法不稳定.比如对列表‖2,2*‖排序 c.该算法不在位.额外空间for S and Count[] 4.(古老的七桥问题) 3 习题1.4 1.请分别描述一下应该如何实现下列对数组的操作,使得操作时间不依赖数组的长度. a.删除数组的第i个元素(1<=i<=n) b.删除有序数组的第i个元素(依然有序) hints: a. Replace the ith element with the last element and decrease the array size of 1 b. Replace the ith element with a special symbol that cannot be a value of the array’s element(e.g., 0 for an array of positive numbers ) to mark the ith position is empty. (―lazy deletion‖) 第2章 习题2.1 7.对下列断言进行证明:(如果是错误的,请举例) a. 如果t(n)∈O(g(n),则g(n)∈Ω(t(n)) b.α>0时,Θ(αg(n))= Θ(g(n)) 解: a. 这个断言是正确的。它指出如果t(n)的增长率小于或等于g(n)的增长率，那么 g(n)的增长率大于或等于t(n)的增长率 由 t(n)≤c·g(n) for all n≥n0, where c>0 1 则：()t(n)?g(n) for all n≥n0 cb. 这个断言是正确的。只需证明?(?g(n))??(g(n)),?(g(n))??(?g(n))。 设f(n)∈Θ(αg(n)),则有： f(n)?c?g(n) for all n>=n0, c>0 f(n)?c1g(n) for all n>=n0, c1=cα>0 即：f(n)∈Θ(g(n)) 又设f(n)∈Θ(g(n)),则有：f(n)?cg(n) for all n>=n0,c>0 4 f(n)?c??g(n)?c1?g(n) for all n>=n0,c1=c/α>0 即：f(n)∈Θ(αg(n)) 8．证明本节定理对于下列符号也成立： a.Ω符号 b.Θ符号 证明： a。we need to proof that if t1(n)∈Ω(g1(n)) and t2(n)∈Ω(g2(n)), then t1(n)+ t2(n)∈Ω(max{g1(n), g2(n)})。 由 t1(n)∈Ω(g1(n))， t1(n)≥c1g1(n) for all n>=n1, where c1>0 由 t2(n)∈Ω(g2(n))， T2(n)≥c2g2(n) for all n>=n2, where c2>0 那么，取c>=min{c1,c2},当n>=max{n1,n2}时： t1(n)+ t2(n)≥c1g1(n)+ c2g2(n) ≥c g1(n)+c g2(n)≥c[g1(n)+ g2(n)] ≥cmax{ g1(n), g2(n)} 所以以命题成立。 b. t1(n)+t2(n) ∈Θ(max(g1(n),g2(n))) 证明：由大?的定义知，必须确定常数c1、c2和n0，使得对于所有n>=n0，有： c1max((g1(n),g2(n))?t1(n)?t2(n)?max(g1(n),g2(n)) 由t1(n)∈Θ(g1(n))知，存在非负整数a1,a2和n1使： a1*g1(n)<=t1(n)<=a2*g1(n)-----(1) 由t2(n)∈Θ(g2(n))知，存在非负整数b1,b2和n2使： b1*g2(n)<=t2(n)<=b2*g2(n)-----(2) (1)+(2): a1*g1(n)+ b1*g2(n)<=t1(n)+t2(n) <= a2*g1(n)+ b2*g2(n) 令c1=min(a1,b1),c2=max(a2,b2)，则 C1*(g1+g2)<= t1(n)+t2(n) <=c2(g1+g2)-----(3) 不失一般性假设max(g1(n),g2(n))=g1(n). 显然，g1(n)+g2(n)<2g1(n)，即g1+g2<2max(g1,g2) 又g2(n)>0，g1(n)+g2(n)>g1(n),即g1+g2>max(g1,g2)。 则（3）式转换为： C1*max(g1,g2) <= t1(n)+t2(n) <=c2*2max(g1,g2) 所以当c1＝min(a1,b1),c2＝2c2=2max(c1,c2)，n0＝max(n1,n2)时，当n>=n0时上述不等式成立。 证毕。 习题2.4 1. 解下列递推关系 （做a,b） a. ?x(n)?x(n?1)?5当n>1时 ??x(1)?0 解： 5