乘法组合算法

时间:2013-03-21 00:43:30

标签: python algorithm iteration

问题:

给定数n,是否有一种有效的算法可以从集合{1 ... n}中获得2组合的列表,并按组合乘积的值排序?

我需要这个来确定满足某个条件的两个*数字的最大乘积。如果列表未排序,我必须首先确定满足条件的所有组合,然后迭代这些组合以找到与最大产品的组合,这是低效的。

例如,给定n = 3,可能的组合是:

Combination:      Product:
   3, 3              9
   3, 2              6
   3, 1              3
   2, 2              4
   2, 1              2
   1, 1              1

按产品的降序排序,这是:

Combination:      Product:
   3, 3              9
   2, 3              6
   2, 2              4
   1, 3              3
   1, 2              2
   1, 1              1

额外背景:

我刚刚解决了关于找到最大回文数的项目欧拉问题,该数字是两个3位数字的乘积。我的方法是用两个因子从999(最大的3位数字)向下迭代,找到每个组合的乘积,另外检查这个数字是否是回文:

def maxpal():
    for i in reversed(range(100,1000)):

        # Since we only want unique combinations, we only
        # need to iterate up to i

        for j in reversed(range(100,i)):   
            if str(i*j) == str(i*j)[::-1]:
                yield i*j

print max(maxpal())

请注意,示例中的第一个列表以与此代码完全相同的顺序迭代因子。我最初的假设是,由于我向下迭代,我发现的第一个回文将是最大的回文。显然情况并非如此,因为j在递减i之前一直迭代到100。

我正在寻找一种迭代的方法,使得产生的值按降序排列,因为这样我只需调用next(maxpal)一次就可以得到答案,这样效率会更高。

编辑:

为了不用非Python语言取消一个好答案的资格,只要你解释它,我就可以尝试任何语言,这样我(或其他任何人)就可以充分理解它。

5 个答案:

答案 0 :(得分:8)

您可以使用堆/优先级Q。

以(n,n)开头,插入堆中。您的比较函数=比较产品。

每当你提取(x,y)时,你需要插入(x-1,y)和(x,y-1)(如果需要,你可以维护一个哈希表来检查欺骗)。

这是一些快速(和丑陋的)代码来演示上述内容。请注意,这是一个惰性迭代器,允许我们执行下一个并在条件满足后立即停止。 (注意:使用larsman的建议(下面的评论)会让它变得更好,但这个想法是相似的)

import heapq

def mult_comb(n):
    heap = []
    visited = {}
    visited[n*n] = True
    prod = n*n
    heapq.heappush(heap, (-prod, n, n))
    while prod > 1:
        (prod,x,y) = heapq.heappop(heap)
        yield -prod,x,y
        prod = -prod

        prod1 = (x-1)*y
        prod2 = x*(y-1)
        if not prod1 in visited:
            heapq.heappush(heap, (-prod1, x-1,y))
            visited[prod1] = True
        if not prod2 in visited:
            heapq.heappush(heap, (-prod2, x,y-1))
            visited[prod2] = True

def main():
    for tup in mult_comb(10):
        print tup

if __name__ == "__main__":
    main()

答案 1 :(得分:3)

问题中的循环模式就像

for i in reversed(range(100,1000)):
    for j in reversed(range(100,i)):   
        if str(i*j) is palindromic, yield i*j

并且所请求的解决方案是找到一种以递减顺序递送与循环测试相同数字的方法。上面的代码生成404550 i,j对;这些对中有1231个是回文;这些对中的2180个大于最终结果906609 = 913 * 993。

到目前为止建议的方法可能产生所有或许多可能的对;那些只生成少数几个可能的对仍然会测试更多的数字对而不是必要的。

相比之下,下面的代码只测试了572对,其中3对是回文。它主要取决于两个观察结果:首先,任何六位数的回文都是11的倍数,因为任何数字形式abccba的数字等于a*100001 + b*10010 + c*1100,而100001,10010和1100中的所有三个都是第二,如果到目前为止我们的最佳查找值为k,并且我们使用i≤j测试给定的i值,则无需测试任何j < k/i或任何j<i

def pal():
    nTop = 1000;    best, jin, jpal = 0, 0, 0
    # Test pairs (i, j) with i <= j
    for i in range(nTop, nTop//10-1, -1):
        jDel = 11 if i%11 else 1
        jHi = (nTop//jDel)*jDel
        jLo = max(i, best//i) - 1;
        for j in range(jHi, jLo, -jDel):
            jin += 1
            if str(i*j)==str(i*j)[::-1] :
                jpal += 1
                best = max(best, i*j)
    return (best, jin, jpal)

使用上面的代码,pal()返回元组(906609,572,3)。

答案 2 :(得分:1)

您可以像这样生成集合:

>>> n=3
>>> s={(min(x,y),max(x,y)) for x in range(1,n+1) for y in range(1,n+1)}
>>> s
set([(1, 2), (1, 3), (3, 3), (2, 3), (2, 2), (1, 1)])

并按照以下方式排序:

>>> sorted(s,key=lambda t: -t[0]*t[1])
[(3, 3), (2, 3), (2, 2), (1, 3), (1, 2), (1, 1)]

但你根本不需要这样做。只需使用嵌套理解:

>>> [(x,y) for x in range(3,0,-1) for y in range(3,x-1,-1)]
[(3, 3), (2, 3), (2, 2), (1, 3), (1, 2), (1, 1)]

这导致针对该特定问题的单线:

print max(x*y for x in range(1000,100,-1) for y in range(1000,x-1,-1) 
          if str(x*y)==str(x*y)[::-1])

如果您真的想按照提议的方式进行,可以使用bisect

def PE4():
    import bisect

    def ispal(n):
        return str(n)==str(n)[::-1]

    r=[]
    for x in xrange(1000,100,-1):
        for y in xrange(1000,x-1,-1):
            if ispal(x*y): bisect.insort(r,(x*y,x,y))

    return r[-1]

列表r按递增顺序排列,因为这是bisect支持的唯一订单。

您还可以使用heapq

def PE4_4():
    import heapq

    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]

    r=[]
    for x in xrange(100,1001):
        for y in xrange(x,1001):
            if ispal(x*y): heapq.heappush(r,(-x*y,x,y))     

    return (-r[0][0],r[0][1],r[0][2])   

如果我计算时间:

import timeit

def PE4_1():
    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]
    return max((x*y,x,y) for x in xrange(1000,99,-1) for y in xrange(1000,x-1,-1) if ispal(x*y))

def PE4_2():
    import bisect
    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]
    r=[]
    for x in xrange(1000,99,-1):
        for y in xrange(1000,x-1,-1):
            if ispal(x*y): bisect.insort(r,(x*y,x,y))

    return r[-1]

def PE4_3():
    import bisect
    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]
    r=[]
    for x in xrange(100,1001):
        for y in xrange(x,1001):
            if ispal(x*y): bisect.insort(r,(x*y,x,y))

    return r[-1]

def PE4_4():
    import heapq
    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]
    r=[]
    for x in xrange(100,1001):
        for y in xrange(x,1001):
            if ispal(x*y): heapq.heappush(r,(-x*y,x,y))     

    return (-r[0][0],r[0][1],r[0][2])         

n=25
for f in (PE4_1,PE4_2,PE4_3,PE4_4):
    fn=f.__name__
    print fn+':'
    print '\t',f()
    res=str(timeit.timeit('{}()'.format(fn),setup="from __main__ import {}".format(fn), number=n))
    print '\t'+res+' seconds\n'

打印:

PE4_1:
    (906609, 913, 993)
    10.9998581409 seconds

PE4_2:
    (906609, 913, 993)
    10.5356709957 seconds

PE4_3:
    (906609, 913, 993)
    10.9682159424 seconds

PE4_4:
    (906609, 913, 993)
    11.3141870499 seconds

显示bisect方法稍微快一点,然后是生成器的最大值。 heapq是最慢的方法(略微)

答案很长,但可能是生成所需列表顺序的最佳方法是按照这种方式对其进行排序:


我定时了Knooth的解决方案,并且它非常优于找到带有约束的第一个数字:

def PE4_6():
    def ispal(n): return str(n)==str(n)[::-1]
    def gen(n=1000):
        heap=[]
        visited=set([n*n])
        prod=n*n
        heapq.heappush(heap,(-prod,n,n))
        while abs(prod)>1:
            (prod,x,y)=heapq.heappop(heap)
            yield -prod,x,y
            p1,p2=(x-1)*y, x*(y-1)
            if p1 not in visited:
                heapq.heappush(heap, (-p1, x-1,y))
                visited.add(p1)
            if p2 not in visited:
                heapq.heappush(heap, (-p2, x,y-1))
                visited.add(p2)

    it=iter(gen())
    t=next(it)
    while not ispal(t[0]):
        t=next(it)

    return t   

但找到整个列表的速度较慢。

答案 3 :(得分:0)

给定数n,是否有一种有效的算法可以从集合{1 ... n}中获得2组合的列表,并按组合乘积的值排序?

不太确定你在追求什么,但这是一种在python中编码的简单方法:

n = SOME_INTEGER
from itertools import combinations
sorted(combinations(set(xrange(1,n+1)),2),key=lambda x: x[0]*x[1])

或者,首先是最大的产品:

sorted(combinations(set(xrange(1,n+1)),2),key=lambda x: x[0]*x[1],reverse=True)

答案 4 :(得分:0)

你知道,当a> b时,(a,b)总是会出现在(a,c)之前。 C。所以你可以保留每个类[(a,b),(a,b-1),(a,b-2),...]的一个代表,并在这些中进行选择。使用堆。此实现需要O(n ^ 2 * log(n))时间和O(n)空间:

import heapq

def combinations_prod_desc(n):
    h = [(-i*i, i, i) for i in xrange(1, n+1)]
    h.reverse()

    while len(h) > 0:
        u = h[0]
        yield u
        b = u[2]
        if b <= 1:
            heapq.heappop(h)
            continue
        a = u[1]
        b -= 1
        heapq.heappushpop(h, (-a*b, a, b))
    return

从Python 2.6开始,heapq模块内置了合并算法。利用这一点,我们可以获得相同算法的单行实现:

def combinations_prod_desc_compact(n):
    return heapq.merge(*[(lambda a : ((-a*b, a, b) for b in xrange(a, 0, -1)))(a) for a in xrange(1, n+1)])

由于Python理解的语义奇怪,上面的以下天真版本不起作用。如果某人有兴趣探索Python的语言规范,那么查找以下代码无法给出我们想要的结果的确切原因将会很有趣,即使它看起来像“应该”:

def combinations_prod_desc_nonworking(n):
    return heapq.merge(*[((-a*b, a, b) for b in xrange(a, 0, -1)) for a in xrange(1, n+1)])