算法合集之《Ulam的游戏和编码》.ppt

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1、东北育才学校俞玮Ulam的游戏和编码Ulam的游戏有n个数字。其中有一个与其他的不同，是游戏者所选定的。你可以提出“这个数字在集合X中吗？”这样的问题。你能收到的答案只有“是”或“否”。可能会有一个错误的回答，但不多于一个。用尽可能少的提问次数求出这个选定的数字。原型题目及解法同样是n个数字，选定一个。问题的方式也是一样。但回答中不包含错误。解答：使用二分法。logn次提问。每次把可能为选定数字的那些数字分成尽可能相等的两个部分。以其中一个部分作为问题中的X。按照回答，去掉不可能为选定数字的数字。结果为最后剩下的一个数字。二分法还是筛选法我们的二分法只是一种比较贪心

2、的筛法。让算法在最坏的情况下筛去的数字最多。二分，按错误分类原理：平分的不是数量。平均分的为选定数字的可能性。两个部分包含选定数字的可能性是相等的。实现：对于每个数字，找出回答错误几次后，它才可能为选定数字。按照该次数，对数字进行分类。每一类中的数字可能为选定数字的可能性都是相等的。尽可能平均分每一类的数字，并各取一部分作为问题中的X。图一：一个操作实例图中的两列分别代表两类，所对应的列上非空白的部分属于该类。阴影部分被判定为不包含选定数字的一部分。二分法的次数估计第一类中的数字在k次提问后的数目：n/2k个方格。第二类中的数字在k次提问后的数目：设为f(k)。可知f

3、(k)=f(k-1)/2+n/2k。f(k)=kn/2k。当第一二类中的数字只有一个时，即确定了答案：f(k)+n/2k≤1。2k≥kn+n。新的方法—编码筛选法的限制：结果的保存。对上一次结果的依赖。边界条件的处理。新的编码方法：为每一数字赋一确定的二进制编码。第i个问题编码第i位为1。结果编码：Y1，N0。答案：编码与结果编码一样的数字。图二：编码的例子对于每次的回答，我们在相应的列中把对应的答案都标记为高亮。一行均为高亮的数字和结果编码一样的数字。错误与纠错码错误：m次回答中有一个错误n位编码中有一个错误。对不同的回答编码对不同的错误编码。纠错码的设

4、计：使用奇偶校验码，纠错码为其他编码的二进制加法和。一位编码的错误将会导致所有相关等式的不成立。假设非纠错码位是正确的，找出“错误”的纠错码位。如果没有，那么没有错误。如果只有一个，错误的是纠错码位。如果有多个，错误的是对应的非纠错码位。图三：纠错码的构造m=logn=4，所以由2km+k+1知k即纠错码的位数至少为3。图四：纠错码与实际问题的对应对编码的异或运算等价于对问题本身的异或。以X5=X2X3X4为例。有关问题次数的一些结果二分法的次数：2k≥kn+n的最小解k。编码方法的次数：除去必需的m位有效信息外，每个错误对应一个纠错码：2k-m≥k+1。所有的

5、可能性每个至少对应一个不同的编码：2k≥2m(k+1)。结果：满足不等式2k-m≥k+1的最小解k。两者的比较：m=logn，2k≥kn+n2k≥k2m+2m2k-m≥k+1。扩展1：更多错误时的解法在此情况下，编码方法的扩展是很困难的。对于二分法的扩展：加入更多的分类，最多k个错误的时候分为k+1类。平分每一类。扩展2：更多的回答，称球问题筛选方法需要保存更多的元素。编码的方法：扩展进制数。设计多进制的纠错码。称球问题：三进制。错误方式也要编码。三进制纠错码。Ulam的游戏和编码多重错误的筛选。编码：表示方法。纠错码的设计。更多的扩展。