【轉載】一道算法題

知乎上有一個問題是“有哪些令人拍案叫絕的算法?”,這篇文章是其中的一個回答。看完后覺得很有意思,分享給大家。
作者:時宇電鏈接:https://www.zhihu.com/question/27547892/answer/131239272來源:知乎著作權歸作者所有,轉載請聯系作者獲得授權。

一道很有意思的題目,曾經在面試騰訊關鍵時刻出現過,感恩。
問:有一種玻璃杯質量確定但未知,需要檢測。有一棟100層的大樓,該種玻璃杯從某一層樓扔下,剛好會碎。現給你兩個杯子,問怎樣檢測出這個杯子的質量,即找到在哪一層樓剛好會碎?
------- 一條分割線的時間思考 ---------
分析:首先理解題意,將這個杯子從某一層樓扔下,如果沒碎,我還可以再利用它測試。如果碎了的話,就不能再繼續用了。如果我從x樓扔下,沒碎,在x+1樓扔下,碎掉了,即證明找到了x+1是剛好碎掉的樓層。問題的關鍵是,怎么快速找到這個樓層呢?
這是一個查找問題。我們需要一個策略方法來快速地找到它,就看誰的方法比較優秀拉。而優秀的方法其評價標準顯而易見:各種情況下都能快速地找到目標樓層。
------- 再一條分割線的時間思考 ---------
思考路徑:如果只有一個杯子的話,應該怎么做呢?稍微想一下也可以知道,必定只能一層一層地扔,1樓沒碎扔2樓,2樓沒碎扔3樓,直到碎掉。
現在我有兩個杯子。
學習過算法和程序的人應該都知道二分法,很容易想到這樣去做,因為面對的是一個搜索問題。所以可能會給出這樣的策略:從50樓扔下,沒碎的話,再扔75樓,再沒碎我扔88樓,依次下去很快就可以鎖定樓層?很快你會意識到問題所在,萬一第一次從50層樓扔下去,碎了咋整,難道又一層一層地扔?杯子的質量是剛好在49層碎掉的話。最差的情況我需要扔50次,這方法不行。
再一個比較常見的方法是,先分區間的扔,再慢慢地一層一層地扔,隱含著分段查找的策略。具體操作方式是:先從第10樓扔,再從第20樓扔,依次下去,如果到某一層碎掉,比如50層碎掉了,我再從41樓開始扔,這樣的話應該算是比較快了把?這個方法是要快一點不過如果我杯子的質量比較好,在99樓才會剛好碎掉。這樣,最差的情況下,需要扔19次才能找到目標樓層,還是不能讓面試官滿意。
我們需要的方法是無論杯子的質量如何,不論是在1樓碎,49樓碎,99樓碎都要能快速鎖定的方法。
繼續思考剛才方法的缺陷,當杯子質量比較差的時候,此方法還是比較快速的找到的。比如杯子是在19樓剛好碎,我只需要扔11次,比99樓剛好碎的情況要少很多次。
所以我們的愿望是:杯子的質量無論分布在哪個查找區間,都可以快速地找到。所以我想到的是可以“勻”一下剛才的方法。即
最開始我需要大膽地扔,然后再慢慢小心地扔。

具體方法設計:每次扔的區間減少一層,這樣做可以保證每個區間查找的最差次數是一樣的。假定第一步在15樓扔,沒碎的話則下一步在29樓扔,沒碎下一步在42樓扔....碎掉之后則在上一次沒碎的樓層開始向上扔。那么最開始在哪一層開始扔呢??
這里我們需要拿支筆算一下:
x+(x-1)+(x-2)+...+2 >=100求解出答案為14。
即最終給出的解決方案是:最開始從14樓開始扔,沒碎的話在27樓扔,再沒碎的話在39樓扔.....一旦碎掉,則從上一次沒碎的樓層逐層往上扔,即可快速確認杯子在哪一層剛好會碎掉。
這樣的方法可以保證在最差的情況下也能在14次內找到樓層,平均需要的次數不到10次.(列式子算了下期望是9次多)
這是我知道的最好的方法,有意思。

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