剪绳子问题-思考总结

问题:一根长度为 n 的绳子,把绳子剪成m 段(m、n都是整数,n>1并且m>1),每段绳子的长度记为 k[0],...k[m] 。那么 k[0]...k[m] 可能的最大乘积是多少?
思考一:
如果一根绳子分成两段,可知平均分成两段时,得到的乘积最大,这在数学上很容易证明(暂不考虑整数的问题)。同理,一份绳子分成m段时,尽可能的平均分隔,各段绳子的长度累积是最大的。例如n=8时,分隔成3、3、2三段,得到最大乘积3×3×2=18。
根据这个结论,开始第一种解法:

def rope(n):
    k= 0
    #对于段数m,有n-1中选择
    for m in range(2, n + 1):
        # 尽可能的平均分隔成m段
        a = n // m    #每段初始长度为a
        b= n % m    #余下的长度为b,可以平均分摊到m段中的b段上
        # 可以得到 b段长度为a+1的绳子、m-b段长度为a的绳子
        p = (a + 1) ** (b) * a** (m - b) 
        # 每次把得到的乘积p与前面的比较,保留最大值
        if k < p:
            k=p
    # 循环结束后,返回这个最大值
    return k

现在,我们已经成功的解决了剪绳子这个问题,但并不符合python崇尚的“简洁”理念。虽然代码看着很简洁,但是这个代码中,我们要计算n-1种剪法的结果,并返回其中的最大值,对于n比较大的情况,计算量相当的大。嗯哼,是不是有想法了呢,我们要优化的不是代码本身,而是通过思考和推理找出一个最优剪法。
思考二:平均分虽然可以找到最优剪法,但分的越大好呢还是分的越小好呢?当然万事皆有度,大到分成两段当然不是最优解,小到分成每段长度为1也不是最优解,所以要找到一个超有度的“神奇数字”。先假定分成2或3是比较好的剪法,以6为例,2×2×2=8,3×3=9,显然分成3比分成2更好,为什么呢?暂且认为3比2更神奇吧!再来看4,4=2+2,2×2=4,所以4和2差不多。再来看看5,5=2+3,2+3=6,所以能分成5的一定可以分成2和3进而得到6,pass掉。6呢:6=3+3,3×3=9,继续pass。7呢:7=3+2+2,3×2×2=12...
有没有发现数字n越大,分成2和3得到的乘积就越比n大,所以无论这个数字多大,分成2和3才是最优剪法。而3又比2神奇,所以能分成3的全部分成3,不够分成3的就分成2,含有2的有两种情况(余2:1段长度为2;余1:余的1和一个3合成两个2,即两段长度为2)。

def CutRope(n):
    if n <=3:
        return n-1
    a = n//3  
    b = n%3
    if b ==0:  # 每段的长度都为3
        k=3**a
    elif b == 1: # a-1段长度为3,2段长度为2
        k=3**(a-1)*4
    else:  # a段长度为3,1段长度为2
        k=3**a*2
    return k

数学上应该有更严格的证明,but I don't care !

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