加入收藏 收藏网站 设为首页 设为首页
招生考试网
学历类| 阳光高考 研 究 生 自学考试 成人高考 专 升 本 中考会考 外语类| 四 六 级 职称英语 商务英语 公共英语 日语能力
资格类| 公 务 员 报 关 员 银行从业 司法考试 导 游 证 教师资格 财会类| 会 计 证 经 济 师 会计职称 注册会计 税 务 师
工程类| 一级建造 二级建造 造 价 师 造 价 员 咨 询 师 监 理 师 医学类| 卫生资格 执业医师 执业药师 执业护士 国际护士
计算机| 等级考试 软件水平 应用能力 其它类| 书画等级 美国高考 驾 驶 员 书法等级 少儿英语 报 检 员 单 证 员 出国留学
 招生考试网 - 计算机等级考试 - 考试辅导 - 计算机二级 - 正文

 
C++组合数快速算法
来源:青年人 2010-8-17 编辑:zhanghaifeng 【字体:小 大】
计算组合数最大的困难在于数据的溢出,对于大于150的整数n求阶乘很容易超出double类型的范围,那么当C(n,m)中的n=200时,直接用组合公式计算基本就无望了。另外一个难点就是效率。

 

计算组合数最大的困难在于数据的溢出,对于大于150的整数n求阶乘很容易超出double类型的范围,那么当C(n,m)中的n=200时,直接用组合公式计算基本就无望了。另外一个难点就是效率。

    对于第一个数据溢出的问题,可以这样解决。因为组合数公式为:
    C(n,m) = n!/(m!(n-m)!)

    为了避免直接计算n的阶乘,对公式两边取对数,于是得到:
    ln(C(n,m)) = ln(n!)-ln(m!)-ln((n-m)!)

    进一步化简得到:

    组合数快速算法


    这样我们就把连乘转换为了连加,因为ln(n)总是很小的,所以上式很难出现数据溢出。

    为了解决第二个效率的问题,我们对上式再做一步化简。上式已经把连乘法变成了求和的线性运算,也就是说,上式已经极大地简化了计算的复杂度,但是还可以进一步优化。从上式中,我们很容易看出右边的3项必然存在重复的部分。现在我们把右边第一项拆成两部分:

    组合数快速算法


    这样,上式右边第一项就可以被抵消掉,于是得到:

    组合数快速算法


    上式直接减少了2m次对数计算及求和运算。但是这个公式还可以优化。对于上面公式里的求和,当m<n/2时,n-m是一个很大的数,但是当m>n/2时,n-m就会小很多。我们知道:
    C(n,m) = C(n,n-m)

    那么通过这个公式,我们可以把小于n/2的m变为大于n/2的n-m再进行计算,结果是一样的,但是却能减少计算量。

    当计算出ln(C(n,m))后,只需要取自然对数,就可以得到组合数:
    C(n,m) = exp(ln(C(n,m)))

这样就完成了组合数的计算。
    用这种方法计算组合数,如果只计算ln(C(n,m))的话,n可以取到整型数据的极限值65535,
    ln(C(65535,32767)) = 45419.6

    而计算时间只需要0.01ms。当然,如果要取对数得到最终的组合数的话,n的取值就不能达到这么大了。但是这种算法仍然可以保证n取到1000以上,而不是开头说的150这个极限值。例如:
    C(1000,500) = 2.70288e+299
    计算时间仍然小于0.01ms。

    采用我这种算法,不仅n的取值范围大,而且计算速度高,不像用递归算法实现这个问题的时候,很容易陷入递归层次太深而导致计算时间太长。

    算法代码实现如下:
     1 double lnchoose(int n, int m)
     2 {
     3     if (m > n)
     4     {
     5         return 0;
     6     }
     7     if (m < n/2.0)
     8     {
     9         m = n-m;
    10     }
    11     double s1 = 0;
    12     for (int i=m+1; i<=n; i++)
    13     {
    14         s1 += log((double)i);
    15     }
    16     double s2 = 0;
    17     int ub = n-m;
    18     for (int i=2; i<=ub; i++)
    19     {
    20         s2 += log((double)i);
    21     }
    22     return s1-s2;
    23 }
    24
    25 double choose(int n, int m)
    26 {
    27     if (m > n)
    28     {
    29         return 0;
    30     }
    31     return exp(lnchoose(n, m));
    32 }

 

 



 
网站版权与免责声明
①由于各方面情况的不断调整与变化,本网所提供的相关信息请以权威部门公布的正式信息为准.
②本网转载的文/图等稿件出于非商业性目的,如转载稿涉及版权等问题,请在两周内来电联系.
推荐文章
  • 此栏目下没有推荐文章
  • 热门文章

    报名考试
    全国 | 黑龙江 | 吉林 | 辽宁 | 内蒙古
    青海 | 宁夏 | 甘肃 | 新疆 | 陕西
    西藏 | 北京 | 天津 | 河北 | 山东
    江苏 | 安徽 | 河南 | 上海 | 浙江
    福建 | 广东 | 山西 | 湖南 | 湖北
    江西 | 广西 | 海南 | 云南 | 贵州
    四川 | 重庆
    分省高校计算机考试
    黑龙江 | 吉林 | 辽宁 | 内蒙古 | 河北
    北京 | 天津 | 新疆 | 甘肃 | 宁夏
    青海 | 陕西 | 山西 | 河南 | 山东
    江苏 | 安徽 | 浙江 | 福建 | 广东
    海南 | 广西 | 江西 | 湖北 | 湖南
    四川 | 上海 | 重庆 | 贵州 | 云南
    西藏
    成绩查询
    报考指南
    试题答案
    模拟试题
    考试辅导
    计算机一级 | 计算机二级 | 计算机三级 | 计算机四级
    经验交流
    高校计算机