分治算法的基本思想是將一個規模為N的問題分解為K個規模較小的子問題，這些子問題相互獨立且與原問題性質相同。求出子問題的解，就可得到原問題的解。即一種分目標完成程式算法，簡單問題可用二分法完成。
基本介紹
- 中文名：分治算法
- 別稱：分治法
- 套用學科：計算機；數學
- 適用領域範圍：計算機科學；數學
- 適用領域範圍：計算機科學；數學
基本思想,二分法,解題步驟,套用實例,找出偽幣,求最值,棋盤覆蓋,套用場景,
基本思想
當我們求解某些問題時，由於這些問題要處理的數據相當多，或求解過程相當複雜，使得直接求解法在時間上相當長，或者根本無法直接求出。對於這類問題，我們往往先把它分解成幾個子問題，找到求出這幾個子問題的解法後，再找到合適的方法，把它們組合成求整個問題的解法。如果這些子問題還較大，難以解決，可以再把它們分成幾個更小的子問題，以此類推，直至可以直接求出解為止。這就是分治策略的基本思想。
二分法
利用分治策略求解時，所需時間取決於分解後子問題的個數、子問題的規模大小等因素，而二分法，由於其劃分的簡單和均勻的特點，是經常採用的一種有效的方法，例如二分法檢索。
解題步驟
分治法解題的一般步驟：
分治算法
分治算法（1）分解，將要解決的問題劃分成若干規模較小的同類問題；
（2）求解，當子問題劃分得足夠小時，用較簡單的方法解決；
（3）合併，按原問題的要求，將子問題的解逐層合併構成原問題的解。
套用實例
下面通過實例加以說明：
找出偽幣
給你一個裝有1 6個硬幣的袋子。1 6個硬幣中有一個是偽造的，並且那個偽造的硬幣比真的硬幣要輕一些。你的任務是找出這個偽造的硬幣。為了幫助你完成這一任務，將提供一台可用來比較兩組硬幣重量的儀器，利用這台儀器，可以知道兩組硬幣的重量是否相同。比較硬幣1與硬幣2的重量。假如硬幣1比硬幣2輕，則硬幣1是偽造的；假如硬幣2比硬幣1輕，則硬幣2是偽造的。這樣就完成了任務。假如兩硬幣重量相等，則比較硬幣3和硬幣4。同樣，假如有一個硬幣輕一些，則尋找偽幣的任務完成。假如兩硬幣重量相等，則繼續比較硬幣5和硬幣6。按照這種方式，可以最多通過8次比較來判斷偽幣的存在並找出這一偽幣。
另外一種方法就是利用分而治之方法。假如把1 6硬幣的例子看成一個大的問題。第一步，把這一問題分成兩個小問題。隨機選擇8個硬幣作為第一組稱為A組，剩下的8個硬幣作為第二組稱為B組。這樣，就把1 6個硬幣的問題分成兩個8硬幣的問題來解決。第二步，判斷A和B組中是否有偽幣。可以利用儀器來比較A組硬幣和B組硬幣的重量。假如兩組硬幣重量相等，則可以判斷偽幣不存在。假如兩組硬幣重量不相等，則存在偽幣，並且可以判斷它位於較輕的那一組硬幣中。最後，在第三步中，用第二步的結果得出原先1 6個硬幣問題的答案。若僅僅判斷硬幣是否存在，則第三步非常簡單。無論A組還是B組中有偽幣，都可以推斷這1 6個硬幣中存在偽幣。因此，僅僅通過一次重量的比較，就可以判斷偽幣是否存在。
假設需要識別出這一偽幣。把兩個或三個硬幣的情況作為不可再分的小問題。注意如果只有一個硬幣，那么不能判斷出它是否就是偽幣。在一個小問題中，通過將一個硬幣分別與其他兩個硬幣比較，最多比較兩次就可以找到偽幣。這樣，1 6硬幣的問題就被分為兩個8硬幣（A組和B組）的問題。通過比較這兩組硬幣的重量，可以判斷偽幣是否存在。如果沒有偽幣，則算法終止。否則，繼續劃分這兩組硬幣來尋找偽幣。假設B是輕的那一組，因此再把它分成兩組，每組有4個硬幣。稱其中一組為B1，另一組為B2。比較這兩組，肯定有一組輕一些。如果B1輕，則偽幣在B1中，再將B1又分成兩組，每組有兩個硬幣，稱其中一組為B1a，另一組為B1b。比較這兩組，可以得到一個較輕的組。由於這個組只有兩個硬幣，因此不必再細分。比較組中兩個硬幣的重量，可以立即知道哪一個硬幣輕一些。較輕的硬幣就是所要找的偽幣。
求最值
在n個元素中找出最大元素和最小元素。我們可以把這n個元素放在一個數組中，用直接比較法求出。算法如下：
void maxmin1(int A[],int n,int *max,int *min)
{
int i;
*min=*max=A[0];
for(i=0;i <= n;i++)
{
if(A[i]> *max) *max= A[i];
if(A[i] < *min) *min= A[i];
}
}
上面這個算法需比較2(n-1)次。能否找到更好的算法呢？我們用分治策略來討論。
把n個元素分成兩組：
A1={A[1],...,A[int(n/2)]}和A2={A[INT(N/2)+1],...,A[N]}
分別求這兩組的最大值和最小值，然後分別將這兩組的最大值和最小值相比較，求出全部元素的最大值和最小值。如果A1和A2中的元素多於兩個，則再用上述方法各分為兩個子集。直至子集中元素至多兩個元素為止。
例如有下面一組元素：-13，13，9，-5，7，23，0，15。用分治策略比較的算法如下：
void maxmin2(int A[],int i,int j,int *max,int *min)
/*A存放輸入的數據，i，j存放數據的範圍，初值為0，n-1，*max,*min 存放最大和最小值*/
{
int mid,max1,max2,min1,min2;
if (j==i)
{
最大和最小值為同一個數;
return;
}
if (j-1==i)
{
將兩個數直接比較，求得最大和最小值；
return；
}
mid=(i+j)/2;
求i~mid之間的最大最小值分別為max1，min1;
求mid+1~j之間的最大最小值分別為max2，min2;
比較max1和max2，大的就是最大值;
比較min1和min2，小的就是最小值;
}
棋盤覆蓋
題目：在一個(2^k)*(2^k)個方格組成的棋盤上，有一個特殊方格與其他方格不同，稱為特殊方格，稱這樣的棋盤為一個特殊棋盤。我們要求對棋盤的其餘部分用L型方塊填滿（註：L型方塊由3個單元格組成。即圍棋中比較忌諱的愚形三角，方向隨意），且任何兩個L型方塊不能重疊覆蓋。L型方塊的形態如下：
題目的解法使用分治法，即子問題和整體問題具有相同的形式。我們對棋盤做一個分割，切割一次後的棋盤如圖1所示，我們可以看到棋盤被切成4個一樣大小的子棋盤，特殊方塊必定位於四個子棋盤中的一個。假設如圖1所示，特殊方格位於右上角，我們把一個L型方塊（灰色填充）放到圖中位置。這樣對於每個子棋盤又各有一個“特殊方塊”，我們對每個子棋盤繼續這樣分割，直到子棋盤的大小為1為止。
用到的L型方塊需要（4^k-1)/3 個，算法的時間是O（4^k)，是漸進最優解法。
本題目的C語言的完整代碼如下（TC2.0下調試），運行時，先輸入k的大小，(1<=k<=6)，然後分別輸入特殊方格所在的位置(x,y), 0<=x,y<=(2^k-1)。
#include<stdio.h>//#include<conio.h>//#include<math.h>inttitle=1;intboard[64][64];voidchessBoard(inttr,inttc,intdr,intdc,intsize){ints,t;if(size==1)return;t=title++;s=size/2;if(dr<tr+s&&dc<tc+s)chessBoard(tr,tc,dr,dc,s);else{board[tr+s-1][tc+s-1]=t;chessBoard(tr,tc,tr+s-1,tc+s-1,s);}if(dr<tr+s&&dc>=tc+s)chessBoard(tr,tc+s,dr,dc,s);else{board[tr+s-1][tc+s]=t;chessBoard(tr,tc+s,tr+s-1,tc+s,s);}if(dr>=tr+s&&dc<tc+s)chessBoard(tr+s,tc,dr,dc,s);else{board[tr+s][tc+s-1]=t;chessBoard(tr+s,tc,tr+s,tc+s-1,s);}if(dr>=tr+s&&dc>=tc+s)chessBoard(tr+s,tc+s,dr,dc,s);else{board[tr+s][tc+s]=t;chessBoard(tr+s,tc+s,tr+s,tc+s,s);}}voidmain(){intdr=0,dc=0,s=1,i=0,j=0;printf("printinthesizeofchess:\n");scanf("%d",&s);printf("printinspecalpointx,y:\n");scanf("%d%d",&dr,&dc);if(dr<s&&dc<s){chessBoard(0,0,dr,dc,s);for(i=0;i<s;i++){for(j=0;j<s;j++){printf("%4d",board[i][j]);}printf("\n");}}elseprintf("thewrongspecalpoint!!\n");getch();}套用場景
運用分治策略解決的問題一般來說具有以下特點：
1、原問題可以分解為多個子問題
這些子問題與原問題相比，只是問題的規模有所降低，其結構和求解方法與原問題相同或相似。
2、原問題在分解過程中，遞歸地求解子問題
由於遞歸都必須有一個終止條件，因此，當分解後的子問題規模足夠小時，應能夠直接求解。
3、在求解並得到各個子問題的解後
應能夠採用某種方式、方法合併或構造出原問題的解。
不難發現，在分治策略中，由於子問題與原問題在結構和解法上的相似性，用分治方法解決的問題，大都採用了遞歸的形式。在各種排序方法中，如歸併排序、堆排序、快速排序等，都存在有分治的思想。
