计算机和实际问题

一,知乎上的一个问题?

你只有 10 只小白鼠和一星期的时间,如何检验出哪个瓶子里有毒药?

有 1000 个一模一样的瓶子,其中有 999 瓶是普通的水,有一瓶是毒药。任何喝下毒药的生物都会在一星期之后死亡。现在,你只有 10 只小白鼠和一星期的时间,如何检验出哪个瓶子里有毒药?

2^10 = 1024,很明显,这个问题是可解的。

1,直观的解法一:

将老鼠以二进制为 0000 0000 00 , 一周后死置为1,没死为0。

将瓶子变为1-1000,十位二进制化,位置为1的说明该瓶水需要喂给该位置的老鼠。遍历所有水瓶,一周后得出结果。

2,方法论转化解法二:

其实在实际上,会有一个小问题?老鼠喝得了这么多水吗?(喝水最多的老鼠要接触500瓶水)。当然,这里是题目,不会有这种情况,只是刚好有网友提到了这个情况。实际上可能会遇到各种问题,因此拓宽解决问题思路很有意义。

那么其实这里在运用相同本质的原理上,可以进行转化的。

以水来做混合标记:比如 第2瓶 = 0000 0000 10,第3瓶= 0000 0000 11 可以看到,此处的第二位都是1,那么第2瓶和第3瓶,混合后喂给第2只老鼠即可,根据题目需要,我们可以预先调制出 10 瓶我们需要的溶液,依次喂给各个老鼠即可,然后根据老鼠的死亡情况即可得到有毒的瓶子标号。举一个简化例子如下: 14个 瓶子有一个瓶子有毒:

  • 依解法一直接让每一瓶编号给对应需要的老鼠喝即可。比较简单不再写过程。

  • 解法二详细如下:

    瓶子1-14编号如下:
    1:0001
    2:0010
    3:0011
    4:0100
    5:0101
    6:0110
    7:0111
    8:1000
    9:1001
    10:1010
    11:1011
    12:1100
    13:1101
    14:1110

配置四瓶溶液,根据编号的二进制可以看到,配置的结果如下:

复制代码
第一瓶:由 编号1,3,5,7,9,11,13 融合而成。
第二瓶:由 编号2,3,6,7,10,11,14 融合而成。
第三瓶:由编号4,5,6,7,12,13,14 融合而成。
第四瓶:由编号8,9,10,11,12,13,14 融合而成。

将溶液依次喂给老鼠,一周后即可得出结果。比如,如果是5号溶液有毒,那么结果是第1,3 只老鼠被毒死。第14号溶液有毒,那么第 2,3,4只老鼠被毒死。

3,二分法的运用:如改变一下预设条件,老鼠喝了毒水会立即死,或者,不再限制需要在一星期内找出毒水,即不限制找出毒水的时间或者毒水立即生效,但是要让损耗的原材料尽量少(老鼠和药水尽量少损耗)。如何做?

解法(以最高损耗为计算):

  • 药水分为两堆,一堆500,用一只老鼠试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆250,再用第二只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆125,再用第三只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆63,62,再用第四只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆32,31,再用第五只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆16,再用第六只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆8,再用第七只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆4,再用第八只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆2,再用第九只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

  • 再将有毒药水分为两堆,一堆1,再用第十只试其中一堆的混合液,得到有毒的一堆

可以发现,在最差的情况下,我们损耗了十只老鼠,但每一次测试一直减少正常药水的消耗,保留许多完好的药水(有一半的药水只需要用0或1次,用的最多的药水也只是10次)。
而在实际情况下,我们其实没有这么好的运气每次都能测试到有毒的一堆,那么老鼠可以进行重复测试。而至少有一般的药水只需要用到1次以下,一瓶药水最多只需要使用10次,减少了原材料损耗。
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