july算法10——博弈论、概率和数论

1.博弈论

1.1 定义

  • 游戏论(Game Theory)
  • 定义:双人(多人)做出多轮决策,每一次决策将影响之后的决策,规则和目标明确
  • 一般假设所有人都足够聪明
  • 求先手(后手)必胜策略
  • 公平vs 非公平
  • 平衡态:与终态有一样的性质,无论对手做什么,己方都可以做出相应的决策,将终态留给对手

1.2 放围棋游戏

  • 有一个圆桌,两个人轮流往圆桌上放围棋,围棋不能重叠,谁先放不下谁输,请问先手是否有必胜策略
  • 关键:每一步保证自己能放,平衡态
  • 先手必胜策略:先手在圆桌的圆心放下一颗围棋,之后的每一个围棋都放在对手决策的圆心对称处

1.3 取石子游戏

  • 有一个堆石子,N个。两个人轮流取1~K个石子,取到最后一个者赢,请问先手是否有必胜策略
  • 关键:每一步保证自己能取,终态(平衡态)留给对手
  • 先手必胜策略:开始取N % (K + 1)个,之后对手取X个,己方取K + 1 -X个,保持余数为0(平衡态)
  • 如果是取到最后一个输呢?

变种:

  • 有一个堆石子,N个。两个人轮流取1,2,4,…或2n个石子,取到最后一个者赢,请问先手是否有必胜策略
  • 关键:每一步保证自己能取,终态(平衡态)留给对手
  • 先手必胜策略:开始取N % 3个,之后对手取X个,己方取3 -X % 3个,保持余数为0(平衡态)
  • 为什么?观察2n % 3

变种:

  • 有N堆石子,每堆Ni个。两个人轮流取若干个石子,不能跨堆取,取到最后一个者赢,请问先手是否有必胜策略
  • 关键:每一步保证自己能取,终态(平衡态)留给对手
  • 先手必胜策略:开始取Xor(N i),对方取X个,己方取Xor(N’ i)个,保持异或和为0(平衡态)
  • 怎么保证每次都能取到想要的个数?

2.概率

2.1 定义

  • 定义(大数定律)


  • 无穷级数
  • 条件概率
  • 贝叶斯公式
  • 朴素贝叶斯

2.2 题目1

  • 有三个密封的箱子(A,B,C),其中两个是空的,另一个箱子里面有大奖。你并不知道奖在哪一个箱子里,但主持人知道。主持人先要你选择一个箱子(A),接着他把你没有选的箱子(B)打开,证明它是空的。最后主持人给你换箱子的机会,此时你该不该换箱子(C)?
  • 关键:P(C有奖|选了A,主持人说B是空的) =?

2.3 题目2

  • 有一苹果,两个人轮流抛硬币来决定谁吃这个苹果,先抛到正面者吃。问先抛者吃到苹果的概率是多少?
  • 关键:P(先吃苹果) = P(第一次抛到)+ P(第二次抛到) + ….. + P(无穷多次)

2.4 题目3

  • 世界上每十万人中就有一人是艾滋病患者
  • 艾滋病的检测目前准确率是99%
  • 假设你刚去做完艾滋病检验,得到的了检测报告,结果是阳性(A)!你会担心到什么程度?(B)
  • 关键:贝叶斯公式
  • P(B | A) = P(A | B) * P(B) / P(A)

2.5 题目4

  • 有一对夫妇,先后生了两个孩子,其中一个孩子是女孩(A),问另一个孩子是男孩(B)的概率是多大?
  • 关键:条件概率公式
  • P(B | A) = P(AB) / P(A)
  • P(A) = 3 / 4
  • P(AB) = 1 / 2

2.6 题目5

  • 一条长度为L的线段,随机在其上选2个点,将线段分为3段,问这3个子段能组成一个三角形的概率是多少?
  • 关键:列出不等式
  • 随机选线段上两个点x,y,令y > x
  • 三条线段长度为x,y –x,1 –y
  • 两边之和大于第三边:x < 1/2; y > 1/2; y > x + 1/2
  • 线性规划

3.数论

3.1 概念

  • 讨论范围一般为整数
  • 因数(约数),质数(素数),质因数,质因数分解
  • 整除,余数,最大公约数(因数),最小公倍数
  • 辗转相除法
  • 筛法
  • 求约数个数
  • Mod运算

3.2 质因素分解

  • 目标:将N质因素分解
    (1)从小到大查找N在[2,Sqrt(N)]上的因数
    (2)查找到的第一个因数为N的最小质因数P
    (3)N = N / P,跳回(1)

  • 时间复杂度:O(Sqrt(n))

  • 空间复杂度:O(1)

  • Leetcode507

3.3 辗转相除法

  • 目标:求最大公约数
    起源:辗转相减法
    GCD(a, b) = GCD(a, b –a), b > a

  • 证:设t为a, b的任意一个公约数,则有tp= a, tq= b,
    b –a = t(q –p), 公约数仍在

  • 伪代码(递归写法)

intgcd(inta, intb)
  if (a == 0) return b;
  return gcd(b % a, a);  //可以看做多次减法
  • 时间复杂度:O(logn)

  • 最小公倍数:LCM(a, b) = a * b / GCD(a, b)

3.4 筛法

  • 目标:求[2, N]范围内所有质数
    (1)将[2, N]所有整数加入集合A
    (2)取出最小的整数P,删去A中P的倍数
    (3)P一定是A内最小质数,跳回(2)
    BTW:整个过程像是在纸上打洞,打出个筛子
    时间复杂度:O(NlnlnN)
    空间复杂度:O(N)

  • Leetcode204. Count Primes

3.5 求约数个数

  • 目标:求N的约数个数
    暴力做法:for(1 .. N)
    时间复杂度:O(N)
    空间复杂度:O(1)
    质因数分解
    N = PI(aipi),ai为质数
    Ans= PI(pi + 1)

3.6 mod运算

  • Mod运算的一些性质
    (a + b) % m = (a % m + b % m) % m
    (a * b) % m = (a % m) * (b % m) % m
    交换律:(a + b) % m = (b + a) % m 乘法
    结合律:(a + b + c) % m = (a + (b + c)) % m 乘法
    分配率:(a + b) * c % m = (ac + bc) % m

  • 判断N能不能被2整除
    判断N能不能被3整除
    判断N能不能被4整除
    判断N能不能被5整除
    判断N能不能被6整除
    判断N能不能被8整除
    .……

  • Leetcode326

参考

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