算法:旋转下的加权和

时间:2017-08-01 13:17:33

标签: algorithm theory weighted-average proof-of-correctness

抱歉,我希望这与stackoverflow的主题相差无几。我有一个我想证明是正确的算法,或者找到一个反例,如果不是。

这是问题所在。我有一组严格正的权重:w1,w2,w3,... wn。

我有一个长度为m的布尔矢量,其中m> n。向量必须具有n个真值和m-n个假值。

例如,如果m = 5且n = 3,则v可以是(1,1,0,1,0)

接下来,我们有将v向量映射到自然数的函数:

int f(vector v) {
  sum=0, wIndex=1, pow=1;

  // v must have exactly n ones
  for(int index=0;index<m;index++) {
    if(v[index]==1)
      sum=sum + w[wIndex++]*pow;
    pow=pow*2;
  }
  return sum;
}

其中w [wIndex]给出权重w1,w2,w3 ...... wn。

EXAMPLE: 
   suppose v=(0, 1, 1, 0, 1) and w1=3, w2=4, w3=6
   f(v) would be 3*2 + 4*4 + 6*16 = 118.

下一步考虑v的圆周旋转,例如,如果v =(0,1,1,0,1),则旋转(v,3)v向左旋转3个位置,或(0,1,0) ,1,1)。圆形旋转保留m(长度)和n(个数)。

我们将minF(v)定义为v的所有可能循环旋转的最小f值。它可以如下实现:

int minF(vector v) {
  int min=f(v);

  for(int amount=1; amount<m; amount++) {
    if(f(rotate(v, amount))<min)
      min=f(rotate(v, amount));
  }
  return min;
}

其中,旋转(v,k)循环旋转v个位置

EXAMPLE:
  suppose v=(0, 1, 1, 0, 1) and all weights are 3
  The rotation that has the minimum f is v=(1, 1, 0, 1, 0),
  Thus minF(v)=3 + 6 + 24 = 33

现在我们终于得到了这个问题:

证明或反证最佳(m,n)产生向量,使得对于所有可能的向量w,minF(最佳(m,n))> = minF(w),长度为m,其中n为1,其中最佳定义如下:

vector optimum(int m, int n) {
  vector opt=new vector[m];
  int    ones=n, zeros=m-n, balance=0;

  for(int index=0; index<m; index++)
    if(balance<ones) {
      opt[index]=1;
      balance=balance + zeros;
    }
    else {
      opt[index]=0;
      balance=balance - ones;
    }
  }
  return opt;
}

最后,这里有一些优化运行的例子:

optimum(10, 1) -->  1000000000
optimum(10, 2) -->  1000010000
optimum(10, 3) -->  1001001000
optimum(10, 4) -->  1010010100
optimum(10, 5) -->  1010101010
optimum(10, 6) -->  1101011010
optimum(10, 7) -->  1110110110
optimum(10, 8) -->  1111011110
optimum(10, 9) -->  1111111110

最佳实质上是尽可能地扩散那些。

我做了很多实证测试,这个算法似乎总是有效,但我真的需要证明它是正确的。

PS   如果你解决这个问题,我会给你买披萨。

1 个答案:

答案 0 :(得分:1)

我发现这意外有趣......这是我昨天2个小时后得到的。它不是一个证明,但它是一个推理的框架 - 现在它足以用于n = 2的一点按摩的证明,我想我可以将它构建到n&gt; 2但还没到那里。唉,我有一份日常工作,所以我不得不放下一点。

希望它有所帮助 - 对不起,如果没有。

重量不可旋转。 m = 9,n = 3的最大模式总是000000111,最小模式总是111000000.这一点的泛化是微不足道的。

Consder m = 6,n = 2并查看表格。 w1_k表示w1的位置是偏移量k。

        w1_5,   w1_4,   w1_3,   w1_2,   w1_1,   w1_0 
w2_5     --    000011  000101  001001  010001  100001 
w2_4     --      --    000110  001010  010010  100010
w2_3     --      --      --    001100  010100  100100
w2_2     --      --      --      --    011000  101000
w2_1     --      --      --      --      --    110000
w2_0     --      --      --      --      --      --

由于w1的值是常数,因此我们可以对一行进行简单的结论,它随着w1的增加而严格增加。

        w1_5,    w1_4,    w1_3,    w1_2,    w1_1,    w1_0 
w2_5     --     000011 > 000101 > 001001 > 010001 > 100001 
w2_4     --       --     000110 > 001010 > 010010 > 100010
w2_3     --       --       --     001100 > 010100 > 100100
w2_2     --       --       --       --     011000 > 101000
w2_1     --       --       --       --       --     110000
w2_0     --       --       --       --       --       --

关于列和w2的相同结论。

        w1_5,    w1_4,    w1_3,    w1_2,    w1_1,    w1_0 
w2_5     --     000011 > 000101 > 001001 > 010001 > 100001 
                            V        V        V        V
w2_4     --       --     000110 > 001010 > 010010 > 100010
                                     V        V        V
w2_3     --       --       --     001100 > 010100 > 100100
                                              V        V
w2_2     --       --       --       --     011000 > 101000
                                                       V
w2_1     --       --       --       --       --     110000

w2_0     --       --       --       --       --       --

我们可以看到 ring 对应于对角线。 这个例子有三个不同的环。我标有(),[],{}。

        w1_5,    w1_4,    w1_3,    w1_2,    w1_1,    w1_0 
w2_5     --    [000011]>(000101)>{001001}>(010001)>[100001]
                            V        V        V        V
w2_4     --       --    [000110]>(001010)>{010010}>(100010)
                                     V        V        V
w2_3     --       --       --    [001100]>(010100)>{100100} <- minF(100100)
                                              V        V
w2_2     --       --       --       --    [011000]>(101000) <- minF(010100)
                                                       V
w2_1     --       --       --       --       --    [110000] <- minF(000011)

w2_0     --       --       --       --       --       --

戒指有什么共同之处?它是1之间的间隙距离。

[] = {All sets with 4 continuos 0's and an adject one}  
   = { 100001, 000011, 000110, 001100, 011000, 110000 }
   = ((0,4))

() = {All sets with 3 continuos 0's and one single 0} 
   = { 000101, 001010, 001010, 010100, 101000, 010001, 100010 }
   = ((1,3)) 

{} = {All sets with 2 strings of 2 0's.}
   = { 100100, 010010, 001001 }
   = ((2,2))

我将调用((g_1,g_2))为一个环设置的间隙,它描述字符串之间的间隙。 {}描述的环是最中心的环。在奇数尺寸的弦长中,中心环是1宽。在一个均匀的弦长中,中心环是2宽。

        w1_6,   w1_5,      w1_4,     w1_3,     w1_2,     w1_1,     w1_0 
w2_6     --   [0000011]>(0000101)>{0001001}>{0010001}>(0100001)>[1000001]
                            V         V         V         V         V
w2_5     --      --     [0000110]>(0001010)>{0010010}>{0100010}>(1000010)
                                      V         V         V         V
w2_4     --      --        --     [0001100]>(0010100)>{0100100}>{1000100}
                                                V         V         V
w2_3     --      --        --        --     [0011000]>(0101000)>{1001000}
                                                          V         V
w2_2     --      --        --        --        --     [0110000]>(1010000)
                                                                    V
w2_1     --      --        --        --        --        --     [1100000]

w2_0     --      --        --        --        --        --        --    

{} = ((3,2))
() = ((4,1))
[] = ((5,0))

从间隙集中可以推断出距中心线的距离等于2个间隙指标之间的距离除以2到下一个最高的int。

dist_from_center( ((2,2)) ) = ceil(| 2 - 2 | * .5 ) = 0
dist_from_center( ((3,1)) ) = ceil(| 3 - 1 | * .5 ) = 1
dist_from_center( ((4,0)) ) = ceil(| 4 - 0 | * .5 ) = 2

dist_from_center( ((3,2)) ) = ceil(| 3 - 2 | * .5 ) = 1
dist_from_center( ((4,1)) ) = ceil(| 4 - 1 | * .5 ) = 2
dist_from_center( ((5,0)) ) = ceil(| 5 - 0 | * .5 ) = 3   

然后将其恢复到那里然后如果gap_set a中的元素之间的dist大于gap_set b中的dist,那么间隙集a中的元素必须小于间隙集b中的某个元素。

dist_from_center( ((a_1,a_2)) ) > dist_from_center( ((b_1,b_2)) ) 
    ==Implies==> minF( ((a_1, a_2)) ) < minF( ((b_1, b_2)) ) 

支持你尽可能地传播1,导致一组字符串的最大minF。