hnust 1794: 机器翻译
题目描述
小晨的电脑上安装了一个机器翻译软件,他经常用这个软件来翻译英语文章。
这个翻译软件的原理很简单,它只是从头到尾,依次将每个英文单词用对应的中文含义来替换。对于每个英文单词,软件会先在内存中查找这个单词的中文含义,如 果内存中有,软件就会用它进行翻译;如果内存中没有,软件就会在外存中的词典内查找,查出单词的中文含义然后翻译,并将这个单词和译义放入内存,以备后续 的查找和翻译。
假设内存中有M个单元,每单元能存放一个单词和译义。每当软件将一个新单词存入内存前,如果当前内存中已存入的单词数不超过M−1,软件会将新单词存入一个未使用的内存单元;若内存中已存入M个单词,软件会清空最早进入内存的那个单词,腾出单元来,存放新单词。
假设一篇英语文章的长度为N个单词。给定这篇待译文章,翻译软件需要去外存查找多少次词典?假设在翻译开始前,内存中没有任何单词。
输入
输入文件共2行。每行中两个数之间用一个空格隔开。
第一行为两个正整数M和N,代表内存容量和文章的长度。
第二行为N个非负整数,按照文章的顺序,每个数(大小不超过1000)代表一个英文单词。文章中两个单词是同一个单词,当且仅当它们对应的非负整数相同。
【输入输出样例1说明】
整个查字典过程如下:每行表示一个单词的翻译,冒号前为本次翻译后的内存状况:
空:内存初始状态为空。
1.1:查找单词1并调入内存。
2.1 2:查找单词2并调入内存。
3.1 2:在内存中找到单词1。
4.1 2 5:查找单词5并调入内存。
5.2 5 4:查找单词4并调入内存替代单词1。
6.2 5 4:在内存中找到单词4。
7.5 4 1:查找单词1并调入内存替代单词2。
共计查了5次词典。
【数据范围】
对于10%的数据有M=1,N≤5。
对于100%的数据有0<M≤100,0<=N≤1000。
输出
输出共1行,包含一个整数,为软件需要查词典的次数。
样例输入 Copy
3 7
1 2 1 5 4 4 1
样例输出 Copy
5
提示
此题要求使用队列来做,但是可能要略微改动ADT.
解题过程
题目分析
这个问题是一个典型的使用队列实现的缓存淘汰问题,也称为LRU(Least Recently Used)缓存淘汰算法问题。我们需要模拟翻译软件的内存管理过程,计算在整个文章翻译过程中需要查询字典的次数。
输入格式分析
- 第一行包含两个正整数
M
和N
,分别表示内存容量和文章的长度。 - 第二行包含
N
个非负整数,表示文章中的单词序列。
问题难点
- 如何有效模拟内存的存储和淘汰过程。
- 如何快速判断一个单词是否已经在内存中。
算法选择
- 使用队列(Queue)来模拟内存的存储结构,因为队列可以方便地实现先进先出(FIFO)的特性。
解决过程
-
初始化:创建一个队列来存储内存中的单词,以及一个变量来记录查询字典的次数。
-
遍历单词序列:逐个处理输入的单词序列。
- 对于每个单词:
- 检查该单词是否已经在队列(内存)中:
- 如果在,将该单词移动到队列的末尾,表示最近使用过。
- 如果不在,增加查询字典的次数,然后将该单词添加到队列的末尾。
- 如果添加新单词后,队列的长度超过了内存容量
M
,则移除队列头部的单词,表示淘汰最早进入内存的单词。
- 检查该单词是否已经在队列(内存)中:
- 对于每个单词:
-
输出结果:在处理完所有单词后,输出查询字典的总次数。
代码分解
- 输入处理 :读取内存容量
m
和文章长度n
。 - 数据结构初始化 :创建一个队列
q
来模拟内存,以及一个布尔数组st
来标记单词是否在内存中。 - 文章翻译模拟 :遍历文章中的每个单词,根据单词是否在内存中,执行相应的操作:
- 如果单词不在内存中,且内存未满,直接添加到内存。
- 如果内存已满,先淘汰最早进入内存的单词,再添加新单词。
- 如果单词已在内存中,更新其在内存中的位置,表示最近使用过。
- 查询次数统计:在添加新单词到内存时,如果该单词之前不在内存中,增加查询字典的次数。
- 结果输出:输出查询字典的总次数。
总结
本文通过一段C++代码,展示了如何使用队列实现LRU缓存淘汰算法,并解决了机器翻译软件中的内存管理问题。这种方法在实际应用中非常有效,可以帮助我们更好地理解和掌握数据结构和算法的基本概念。
注意事项
- 在读取输入时,要注意处理可能的异常情况,如非法输入。
- 在模拟内存管理时,要确保队列和数组的正确同步更新。
- 在实际编程中,要注意代码的可读性和可维护性,合理使用变量名和注释。
代码解析
这段C++代码实现了一个基于队列的缓存淘汰算法,用于模拟题目中描述的机器翻译软件的内存管理过程。具体来说,它计算了在给定内存容量下,翻译一篇英语文章需要查询字典的次数。
1. 头文件和命名空间
- 包含
<iostream>
和<queue>
头文件,分别用于输入输出和队列操作。 - 使用
using namespace std;
简化代码。
2. 常量定义
N
定义了数组st
的最大大小,这里假设所有单词的编号不会超过1010。
3. 全局变量
m
表示内存容量。n
表示文章的长度,即文章中的单词数量。st[N]
是一个布尔数组,用于标记单词是否已加载到内存中。
4. 主函数main
- 读取输入的内存容量
m
和文章长度n
。 - 创建一个队列
q
,用于模拟内存中的单词。 - 初始化一个计数器
res
,用于记录查询字典的次数。
5. 读取单词
- 使用循环读取文章中的每个单词。
- 对于每个单词
x
:- 如果
st[x]
为false
,表示单词不在内存中:- 如果队列
q
的大小已经达到内存容量m
,则从队列前端移除一个单词,并更新st
数组。 - 将新单词添加到队列中,并标记为已加载到内存。
- 增加查询字典的次数
res
。
- 如果队列
- 如果
st[x]
为true
,表示单词已在内存中,无需查询字典。
- 如果
6. 输出结果
- 循环结束后,输出查询字典的总次数
res
。
AC代码
c
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
const int N = 1010;
int m, n;
bool st[N];
int main()
{
cin >> m >> n;
queue<int> q;
int res = 0;
for (int i = 0; i < n; i ++ )
{
int x;
cin >> x;
if (!st[x])
{
if (q.size() == m)
{
int t = q.front();
st[t] = false;
q.pop();
}
q.push(x);
st[x] = true;
res ++ ;
}
}
cout << res << endl;
return 0;
}