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📜  将 2 的 N 次幂拆分为两个子集,使它们的和差最小(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:25:12.930000             🧑  作者: Mango

将 2 的 N 次幂拆分为两个子集,使它们的和差最小

在这个问题中,我们需要将 $2$ 的 $N$ 次幂拆分为两个子集,使它们的和差最小。这个问题可以通过动态规划来解决。

首先,我们可以定义一个二维数组 $dp$,其中 $dp[i][j]$ 表示是否可以用前 $i$ 个数字中的一些数字组成和为 $j$ 的子集。因为每个数字只能使用一次,所以对于每一个 $dp[i][j]$,它的初始值应该为 False。

为了方便,我们可以将原问题转化为求 $2$ 的 $N-1$ 次幂的子集问题。这可以通过右移一位来实现,即将 $2$ 的 $N$ 次幂除以 $2$。

接着,我们可以使用递推的方式,根据前面的状态来计算后面的状态。对于每个数字 $num$,我们可以分类讨论:

  • 如果 $num > j$,则 $dp[i][j] = dp[i-1][j]$,因为当前数字不能用于组成和为 $j$ 的子集。
  • 如果 $num \leq j$,则 $dp[i][j] = dp[i-1][j] \vee dp[i-1][j-num]$,因为当前数字可以用于组成和为 $j$ 的子集,那么子集的和既可以是 $j$,也可以是 $j-num$。

最终,$dp[N][2^{N-1}]$ 就表示是否可以用 $2$ 的 $N-1$ 次幂的一些数字组成和为 $2^{N-1}$ 的子集。如果 $dp[N][2^{N-1}]$ 为 False,则不存在这样的子集;否则,可以根据动态规划的过程回溯得到子集的具体内容。

下面是 Python 代码的实现:

def split_power_of_two(N):
    target = 2**(N-1)
    nums = [2 ** i for i in range(N)]
    dp = [[False] * (target + 1) for _ in range(N+1)]
    for i in range(N+1):
        dp[i][0] = True
    for i in range(1, N+1):
        for j in range(1, target+1):
            if nums[i-1] > j:
                dp[i][j] = dp[i-1][j]
            else:
                dp[i][j] = dp[i-1][j] or dp[i-1][j-nums[i-1]]
    if not dp[N][target]:
        return "无法拆分为两个和相等的子集"
    else:
        subset1 = []
        subset2 = []
        i, j = N, target
        while i > 0 and j > 0:
            if dp[i-1][j]:
                i -= 1
            elif dp[i-1][j-nums[i-1]]:
                subset1.append(nums[i-1])
                j -= nums[i-1]
            i -= 1
        subset2 = [num for num in nums if num not in subset1]
        return f"子集1: {subset1}\n子集2: {subset2}"

参考文献:

  • https://www.cnblogs.com/grandyang/p/5626134.html