n個(gè)骰子的點(diǎn)數(shù)
題目:把n個(gè)骰子扔在地上,所有骰子朝上一面的點(diǎn)數(shù)之和為S。輸入n,打印出S的所有可能的值出現(xiàn)的概率。
分析:骰子一共6個(gè)面,每個(gè)面上都有一個(gè)點(diǎn)數(shù),對(duì)應(yīng)的數(shù)字是1到 6之間的一個(gè)數(shù)字。所以,n個(gè)骰子的點(diǎn)數(shù)和的最小值為n,最大值為6n。因此,一個(gè)直觀的思路就是定義一個(gè)長(zhǎng)度為6n-n的數(shù)組,和為S的點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)保存到數(shù)組第S-n個(gè)元素里。另外,我們還知道n個(gè)骰子的所有點(diǎn)數(shù)的排列數(shù)6^n。一旦我們統(tǒng)計(jì)出每一點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)之后,因此只要把每一點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)除以n^6,就得到了對(duì)應(yīng)的概率。
該思路的關(guān)鍵就是統(tǒng)計(jì)每一點(diǎn)數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。要求出n個(gè)骰子的點(diǎn)數(shù)和,我們可以先把n個(gè)骰子分為兩堆:第一堆只有一個(gè),另一個(gè)有n-1個(gè)。單獨(dú)的那一個(gè)有可能出現(xiàn)從1到6的點(diǎn)數(shù)。我們需要計(jì)算從1到6的每一種點(diǎn)數(shù)和剩下的n-1個(gè)骰子來(lái)計(jì)算點(diǎn)數(shù)和。接下來(lái)把剩下的n-1個(gè)骰子還是分成兩堆,第一堆只有一個(gè),第二堆有n-2個(gè)。我們把上一輪那個(gè)單獨(dú)骰子的點(diǎn)數(shù)和這一輪單獨(dú)骰子的點(diǎn)數(shù)相加,再和剩下的n-2個(gè)骰子來(lái)計(jì)算點(diǎn)數(shù)和。分析到這里,我們不難發(fā)現(xiàn),這是一種遞歸的思路。遞歸結(jié)束的條件就是最后只剩下一個(gè)骰子了。
基于這種思路,我們可以寫(xiě)出如下代碼:
int?g_maxValue=6;
void?SubProbabilityofDices(int?original,?int?current,?int?value,?int?tempSum,?int?*pProbalities)
{
if(current==1)
{
int?sum=value+tempSum;
pProbalities[sum-original]++;
}
else
{
for(int?i=1;?i<=g_maxValue;?i++)
{
int?sum=value+tempSum;
SubProbabilityofDices(original,?current-1,?i,?sum,?pProbalities);
}
}
}
void?SumProbabilityofDices(int?number,?int*?pProbabilities)
{
for(int?i=1;?i<=g_maxValue;?i++)//第一個(gè)骰子
SubProbabilityofDices(number,?number,?i,?0,?pProbabilities);
}
void?PrintSumProbabilityofDices_1(int?number)
{
if(number<1)
return;
int?maxSum=number*g_maxValue;
int*?pProbabilities=new?int?[maxSum-number+1];
for(int?i=number;?i<=maxSum;?i++)
pProbabilities[i-number]=0;
SumProbabilityofDices(number,?pProbabilities);
int?total=pow((double)g_maxValue,?number);
for(i=number;?i<=maxSum;?i++)
{
float?ratio=(float)pProbabilities[i-number]/total;
cout<<i<<":"<<ratio<<endl;
}
delete[]?pProbabilities;
}
上述算法當(dāng)number比較小的時(shí)候表現(xiàn)很優(yōu)異。但由于該算法基于遞歸,它有很多計(jì)算是重復(fù)的,從而導(dǎo)致當(dāng)number變大時(shí)性能讓人不能接受。
為了避免遞歸時(shí)的重復(fù)計(jì)算,我們很自然聯(lián)想到動(dòng)態(tài)規(guī)劃(DP)。用表格法,一行代表一個(gè)骰子,列表示各個(gè)S值,所以一共有6*N列。本來(lái)是要用N行的,可是這里只用了一個(gè)二維的數(shù)組,因?yàn)楝F(xiàn)在計(jì)算的值只與前一次計(jì)算的值相關(guān),所以其中一行保存上一次計(jì)算的結(jié)果,另一行保存正在計(jì)算的結(jié)果,這樣可以節(jié)省大量的空間。我們可以考慮用兩個(gè)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)骰子點(diǎn)數(shù)每一總數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。在一次循環(huán)中,第一個(gè)數(shù)組中的第n個(gè)數(shù)字表示骰子和為n出現(xiàn)的次數(shù)。那么在下一循環(huán)中,我們加上一個(gè)新的骰子。那么此時(shí)和為n的骰子出現(xiàn)的次數(shù),應(yīng)該等于上一次循環(huán)中骰子點(diǎn)數(shù)和為n-1、n-2、n-3、n-4、n-5與n-6的總和。所以我們把另一個(gè)數(shù)組的第n個(gè)數(shù)字設(shè)為前一個(gè)數(shù)組對(duì)應(yīng)的第n-1、n-2、n-3、n-4、n-5與n-6之和。
void?PrintSumProbabilityofDices_2(int?number)
{
double*?pProbabilities[2];
pProbabilities[0]=new?double[number*g_maxValue+1];
pProbabilities[1]=new?double[number*g_maxValue+1];
for(int?i=0;?i<number*g_maxValue+1;?i++)
{
pProbabilities[0][i]=0;
pProbabilities[1][i]=0;
}
int?flag=0;
for(i=1;?i<=g_maxValue;?i++)
pProbabilities[flag][i]=1;
for(int?k=2;?k<=number;?k++)
{
for(int?i=k;?i<=g_maxValue*k;?i++)
{
pProbabilities[1-flag][i]=0;
for(int?j=1;?j<=i?&&?j<=g_maxValue;?j++)
pProbabilities[1-flag][i]+=pProbabilities[flag][i-j];
}
flag=1-flag;
}
double?total=pow((double)g_maxValue,?number);
for(i=number;?i<=g_maxValue*number;?i++)
{
double?ratio=pProbabilities[flag][i]/total;
cout<<i<<":"<<ratio<<endl;
}
delete[]?pProbabilities[0];
delete[]?pProbabilities[1];
}




