《算法设计与分析》实验指导书计算机学院信息安全系毕方明本书是为配合《算法分析与设计实验教学大纲》而编写的上机指导，其目的是使学生消化理论知识，加深对讲授内容的理解，尤其是一些算法的实现及其应用，培养学生独立编程和调试程序的能力，使学生对算法的分析与设计有更深刻的认识。
上机实验一般应包括以下几个步骤：（1）、准备好上机所需的程序。
手编程序应书写整齐，并经人工检查无误后才能上机。
（2）、上机输入和调试自己所编的程序。
一人一组，独立上机调试，上机时出现的问题，最好独立解决。
（3）、上机结束后，整理出实验报告。
实验报告应包括：题目、程序清单、运行结果、对运行情况所作的分析。
本书共分阶段4个实验，每个实验有基本题和提高题。
基本题必须完成，提高题根据自己实际情况进行取舍。
题目不限定如下题目，可根据自己兴趣爱好做一些与实验内容相关的其他题目，如动态规划法中的图象压缩，回溯法中的人机对弈等。
其具体要求和步骤如下：实验一分治与递归（4学时）一、实验目的与要求1、熟悉C/C++语言的集成开发环境；2、通过本实验加深对递归过程的理解二、实验内容：掌握递归算法的概念和基本思想，分析并掌握“整数划分”问题的递归算法。
三、实验题任意输入一个整数，输出结果能够用递归方法实现整数的划分。
四、实验步骤1．理解算法思想和问题要求；2．编程实现题目要求；3．上机输入和调试自己所编的程序；4．验证分析实验结果；5．整理出实验报告。
一、实验目的与要求1、掌握棋盘覆盖问题的算法；2、初步掌握分治算法二、实验题：盘覆盖问题：在一个2k×2k个方格组成的棋盘中，恰有一个方格与其它方格不同，称该方格为一特殊方格，且称该棋盘为一特殊棋盘。
在棋盘覆盖问题中，要用图示的4种不同形态的L型骨牌覆盖给定的特殊棋盘上除特殊方格以外的所有方格，且任何2个L型骨牌不得重叠覆盖。
三、实验提示void chessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size){if (size == 1) return;int t = tile++, // L型骨牌号s = size/2; // 分割棋盘// 覆盖左上角子棋盘if (dr < tr + s && dc < tc + s)// 特殊方格在此棋盘中chessBoard(tr, tc, dr, dc, s);else {// 此棋盘中无特殊方格// 用t 号L型骨牌覆盖右下角board[tr + s - 1][tc + s - 1] = t;// 覆盖其余方格chessBoard(tr, tc, tr+s-1, tc+s-1, s);}// 覆盖右上角子棋盘if (dr < tr + s && dc >= tc + s)// 特殊方格在此棋盘中chessBoard(tr, tc+s, dr, dc, s);else {// 此棋盘中无特殊方格// 用t 号L型骨牌覆盖左下角board[tr + s - 1][tc + s] = t;// 覆盖其余方格chessBoard(tr, tc+s, tr+s-1, tc+s, s);}// 覆盖左下角子棋盘if (dr >= tr + s && dc < tc + s)// 特殊方格在此棋盘中chessBoard(tr+s, tc, dr, dc, s);else {// 用t 号L型骨牌覆盖右上角board[tr + s][tc + s - 1] = t;// 覆盖其余方格chessBoard(tr+s, tc, tr+s, tc+s-1, s);}// 覆盖右下角子棋盘if (dr >= tr + s && dc >= tc + s)// 特殊方格在此棋盘中chessBoard(tr+s, tc+s, dr, dc, s);else {// 用t 号L型骨牌覆盖左上角board[tr + s][tc + s] = t;// 覆盖其余方格chessBoard(tr+s, tc+s, tr+s, tc+s, s);}}一、实验目的与要求1、熟悉二分搜索算法；2、初步掌握分治算法；二、实验题1、设a[0:n-1]是一个已排好序的数组。
请改写二分搜索算法，使得当搜索元素x不在数组中时，返回小于x的最大元素的位置I和大于x的最大元素位置j。
当搜索元素在数组中时，I 和j相同，均为x在数组中的位置。
2、设有n个不同的整数排好序后存放于t[0:n-1]中，若存在一个下标I，0≤i＜n，使得t[i]=i，设计一个有效的算法找到这个下标。
要求算法在最坏的情况下的计算时间为O（logn）。
三、实验提示1、用I，j做参数，且采用传递引用或指针的形式带回值。
bool BinarySearch(int a[],int n,int x,int& i,int& j){int left=0;int right=n-1;while(left<right){int mid=(left+right)/2;if(x==a[mid]){i=j=mid;return true;}if(x>a[mid])left=mid+1;elseright=mid-1;}i=right;j=left;return false;}int SearchTag(int a[],int n,int x){int left=0;int right=n-1;while(left<right){int mid=(left+right)/2;if(x==a[mid]) return mid;if(x>a[mid])right=mid-1;elseleft=mid+1;}return -1;}一、实验要求与目的1、了解分治法的基本思想，掌握递归程序编写方法；2、使用分治法编程，求解线形序列中第k小元素。
二、实验内容1、给定线形序列集中n个元素和一个整数k，1≤k≤n，输出这n个元素中第k小元素的值及其位置。
2、简述该算法的原理、步骤。
对该算法与直接排序查找进行比较。
3、编写并调试程序。
测试要求：元素个数不少于100；分三种情况：k=1、k=n和k=中位数。
实验二动态规划算法（4学时）一、实验目的与要求1、熟悉最长公共子序列问题的算法；2、初步掌握动态规划算法；二、实验题若给定序列X={x1,x2,…,xm}，则另一序列Z={z1,z2,…,zk}，是X的子序列是指存在一个严格递增下标序列{i1,i2,…,ik}使得对于所有j=1,2,…,k有：zj=xij。
例如，序列Z={B，C，D，B}是序列X={A，B，C，B，D，A，B}的子序列，相应的递增下标序列为{2，3，5，7}。
给定2个序列X和Y，当另一序列Z既是X的子序列又是Y的子序列时，称Z是序列X 和Y的公共子序列。
给定2个序列X={x1,x2,…,xm}和Y={y1,y2,…,yn}，找出X和Y的最长公共子序列。
三、实验提示include "stdlib.h"#include "string.h"void LCSLength(char *x ,char *y,int m,int n, int **c, int **b){int i ,j;for (i = 1; i <= m; i++) c[i][0] = 0;for (i = 1; i <= n; i++) c[0][i] = 0;for (i = 1; i <= m; i++)for (j = 1; j <= n; j++){if (x[i]==y[j]){c[i][j]=c[i-1][j-1]+1;b[i][j]=1;}else if (c[i-1][j]>=c[i][j-1]){c[i][j]=c[i-1][j];b[i][j]=2;}else{ c[i][j]=c[i][j-1];b[i][j]=3;}}}void LCS(int i ,int j, char *x ,int **b){if (i ==0 || j==0) return;if (b[i][j]== 1){LCS(i-1,j-1,x,b);printf("%c",x[i]);}else if (b[i][j]== 2)LCS(i-1,j,x,b);else LCS(i,j-1,x,b);}一、实验目的与要求1、熟悉最长最大字段和问题的算法；2、进一步掌握动态规划算法；二、实验题若给定n个整数组成的序列a1，a2，a3，……a n，求该序列形如a i＋a i＋1＋……＋a n的最大值。
三、实验提示int MaxSum(int n,int *a,int &besti,int &bestj){intsum=0;for(int i=1;i<=n;i++)for(int j=i;j<=n;j++){int thissum=0;for(int K=i;k<=j;k++)thissum+=a[k];if(thissum>sum){sum=thissum;besti=i;bestj=j;}}return sum;}int MaxSum(int n,int *a,int &besti,int &bestj){intsum=0;for(int i=1;i<=n;i++){int thissum=0;for(intj=i;j<=n;j++){thissum+=a[j];if(thissum>sum){sum=thissum;besti=i;bestj=j;}}}return sum;}一、实验要求与目的1、掌握动态规划算法求解问题的一般特征和步骤。
2、使用动态规划法编程，求解0/1背包问题。
二、实验内容1、问题描述：给定n种物品和一个背包，物品i的重量是W i，其价值为V i，问如何选择装入背包的物品，使得装入背包的物品的总价值最大？2、算法描述。
3、程序实现；给出实例测试结果。
实验三贪心算法（2学时）一、实验目的与要求1、熟悉多机调度问题的算法；2、初步掌握贪心算法；二、实验题要求给出一种作业调度方案，使所给的n个作业在尽可能短的时间内由m台机器加工处理完成。
约定，每个作业均可在任何一台机器上加工处理，但未完工前不允许中断处理。
作业不能拆分成更小的子作业。
三、实验提示1、把作业按加工所用的时间从大到小排序2、如果作业数目比机器的数目少或相等，则直接把作业分配下去3、如果作业数目比机器的数目多，则每台机器上先分配一个作业，如下的作业分配时，是选那个表头上s最小的链表加入新作业。