穷举是用计算机求解问题最常用的方法之一,常用来解决那些通过公式推导、规则演绎的方法不能解决的问题。采用穷举法求解一个问题时,通常先建立一个数学模型,包括一组变量、以及这些变量需要满足的条件。问题求解的目标就是确定这些变量的值。根据问题的描述和相关的知识,能为这些变量分别确定一个大概的取值范围。在这个范围内对变量依次取值,判断所取的值是否满足数学模型中的条件,直到找到全部符合条件的值为止。
穷举法(枚举法)的基本思想是:列举出所有可能的情况,逐个判断有哪些是符合问题所要求的条件,从而得到问题的全部解答。
它利用计算机运算速度快、精确度高的特点,对要解决问题的所有可能情况,一个不漏地进行检查,从中找出符合要求的答案。
用穷举算法解决问题,通常可以从两个方面进行分析。
(1)问题所涉及的情况:问题所涉及的情况有哪些,情况的种数可不可以确定。把它描述出来。应用穷举时对问题所涉及的有限种情形必须一一列举,既不能重复,也不能遗漏。重复列举直接引发增解,影响解的准确性;而列举的遗漏可能导致问题解的遗漏。
(2)答案需要满足的条件:分析出来的这些情况,需要满足什么条件,才成为问题的答案。把这些条件描述出来。
只要把这两个方面分析好了,问题自然会迎刃而解。
穷举通常应用循环结构来实现。在循环体中,根据所求解的具体条件,应用选择结构实施判断筛选,求得所要求的解。
穷举法的程序框架一般为:
cnt=0; // 解的个数初值为0
for(k=<区间下限>;k<=<区间上限>;k++) // 根据指定范围实施穷举
if (<约束条件>) // 根据约束条件实施筛选
{
cout<<(<满足要求的解>); // 输出满足要求的解
cnt++; // 统计解的个数
}
【例1】硬币方案
有50枚硬币,可能包括4种类型:1元、5角、1角和5分。
已知50枚硬币的总价值为20元,求各种硬币的数量。
例如:2、34、6、8就是一种方案。而2、33、15、0是另一个可能的方案,显然方案不唯一。
编写程序求出类似这样的不同的方案一共有多少种?
(1)编程思路。
直接对四种类型的硬币的个数进行穷举。其中,1元最多20枚、5角最多40枚、1角最多50枚、5分最多50枚。
另外,如果以元为单位,则5角、1角、5分会化成浮点型数据,容易计算出错。可以将1元、5角、1角、5分变成100分、50分、10分和5分,从而全部采用整型数据处理。
(2)源程序及运行结果。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a,b,c,d,cnt=0;
for(a=0;a<=20;a++)
for(b=0;b<=40;b++)
for(c=0;c<=50;c++)
for(d=0;d<=50;d++)
{
if(a*100+b*50+c*10+d*5==2000 && a+b+c+d==50)
{
cout<<a<<" , "<<b