《编程之美》小飞的电梯调度算法

亚洲微软研究院所在的希格玛大厦一共有6部电梯。在高峰时间,每层都有人上下,电梯每层都停。实习生小飞常常会被每层都停的电梯弄的很不耐烦,于是他提出了这样一个办法:

由于楼层并不算太高,那么在繁忙的上下班时间,每次电梯从一层往上走时,我们只允许电梯停在其中的某一层。所有乘客从一楼上电梯,到达某层后,电梯停下来,所有乘客再从这里爬楼梯到自己的目的层。在一楼的时候,每个乘客选择自己的目的层,电梯则计算出应停的楼层。

问:电梯停在哪一层楼,能够保证这次乘坐电梯的所有乘客爬楼梯的层数之和最少?

方法一:暴力枚举,时间复杂度O(N^2)

/*
 * O(N^2)
 */
int N;
int nPerson[N+1];
int target_floor;
int min_floors = INT_MAX;

for(i = 1;i<=N;i++)
{
	int sum_floors = 0;
	for(j = 1;j<=N;j++)
	{
		sum_floors += nPerson[j] * abs(j - i);
	}
	if(sum_floors < min_floors)
	{
		min_floors = sum_floors;
		target_floor = i;
	}
	return (target_floor);
}

方法二:书上提供的O(N)的动态规划的算法。

假设电梯停在i层楼,可以计算出所有乘客要爬楼层的层数为Y,假设此时有N1个乘客在i层楼以下,N2个乘客在I层楼,N3个乘客在I层楼以上,则当电梯停在i+1层的时候,N1+N2个乘客要多下一层楼,共多下N1+N2层,N3个乘客要少往上面爬一层楼,少上N3层楼,此时Y(i+1) = Y(i) + N1+N2-N3,很显然,当N1+N2<N3的时候,Y不断减小。Y1很容易算出来,另外我们还可以看出,N1+N2是递增的,N3是递减的,所以N1+N2一旦大于N3的时候,我们直接退出循环即可,没有必要再计算下去了。

/*
  O(N)  dp
 */
int N;
int nPerson(N+1);
int target_floor = 1;
int min_floors = 0;
int N1 = 0,N2 = nPerson[1],N3 = 0;
for(i = 2;i<=N;i++)
{
	min_floors += nPerson[i] * (i-1);
	N3 +=nPerson[i];
}

for(i = 2;i<=N;i++)
{
	if(N1+N2 < N3)
	{
		target_floor = i;
		min_floors +=(N1+N2-N3);

		N1 +=N2;
		N2 = nPerson[i];
		N3 -=nPerson[i];
	}
	else
		break;
}
return target_floor;

方法三:中位数

其实这道题目仔细分析起来就是求一组数据的中位数而已。假设两人,分别到3层楼和8层楼下,在3和8之间取一点,使得到两个点距离最小,很显然,在3和8中的每一点到3和8的距离之和都是相等的。推广到2 3 5 5 6 7 8 8 9这样一组数据,target_floor为中位数。

/*
 * mid_value
 *
 */
int nPerson[N+1];
int target_floor;

int left = 1,right = N;
while(right-left > 1)
{
	while(nPerson[left] == 0)left++;
	nPerson[left] --;
	while(nPerson[right--] == 0)right--;
	nPerson[right] --;
}
return left;

扩展问题,往上爬一层要耗费K个单位的能量,往下走耗费1个单位的能亮,只需要计算N1+N2-N3变成N1+N2-N3*K即可。其余的都是一样的。

    原文作者:lonelycatcher
    原文地址: https://blog.csdn.net/lonelycatcher/article/details/7910877
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