数据结构课程设计预习任务A2_修理牧场

最少锯木花费问题

【题目描述】PTA(数据结构与算法题目集7-29)

农夫要修理牧场的一段栅栏,他测量了栅栏,发现需要N块木头,每块木头长度为整数Li个长度单位,于是他购买了一条很长的、能锯成N块的木头,即该木头的长度是Li的总和。 但是农夫自己没有锯子,请人锯木的酬金跟这段木头的长度成正比。为简单起见,不妨就设酬金等于所锯木头的长度。例如,要将长度为20的木头锯成长度为8、7和5的三段,第一次锯木头花费20,将木头锯成12和8;第二次锯木头花费12,将长度为12的木头锯成7和5,总花费为32。如果第一次将木头锯成15和5,则第二次锯木头花费15,总花费为35(大于32)。 请编写程序帮助农夫计算将木头锯成N块的最少花费。

【输入格式】

输入首先给出正整数N(≤10^4),表示要将木头锯成N块。第二行给出N个正整数(≤50),表示每段木块的长度。

【输出格式】

输出1个整数,即将木头锯成N块的最少花费。

解答

问题分析

本题的最优解法可以通过**哈夫曼树(Huffman Tree)**来实现。哈夫曼树是一种最优二叉树,常用于实现最小成本的编码。在本题中,哈夫曼树的应用将帮助我们最小化木头锯成若干段的总花费。

哈夫曼树原理

哈夫曼树的构建思想是:每次选取两棵树中最小的两棵树进行合并。每次合并后的新树的权重是两个合并树的权重之和,直到只剩一棵树为止。

对于本题,我们可以将每段木头的长度看作是哈夫曼树的叶子节点,而每次锯木头的操作就是合并最小的两段木头,合并后的花费等于这两段木头的总长度。

算法流程

  1. 将所有木头的长度看作哈夫曼树的叶子节点。
  2. 使用优先队列(最小堆)来实现哈夫曼树的构建,优先队列每次从中取出最小的两段木头进行合并。
  3. 每次合并时,记录合并的花费,并将新的木头段长度重新放入队列。
  4. 最终,累积的总花费即为最少的锯木花费。
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