智力题——5L的桶和3L的桶如何装4L的水

文章目录

  • 智力题——5L的桶和3L的桶如何装4L的水
    • 问题描述
    • 直观分析
    • 问题建模
    • 问题解决

智力题——5L的桶和3L的桶如何装4L的水

问题描述

有一个5L的桶A和一个3L的桶B以及无限量的水,如何让5L的桶装4L的水。
支持操作:加水,倒水,A倒入B,B倒入A,除此之外不再支持其他操作,例如做记号或者借助其他工具

直观分析

直观分析就是利用我们的直观思维在草纸上不停的模拟这些操作,这个很不好说,对于简单问题你可能可以模拟出来,可是问题一旦复杂起来,就必须得对问题抽象建模。问题的最终解如下图:
在这里插入图片描述
A和B的水量转移状态如下:
(0,0)->(5,0)->(2,3)->(2,0)->(0,2)->(5,2)->(4,3)

问题建模

我们可以把转移过程画成一张图,如下是整张图的一部分,现在就转化成图论的遍历算法了,即从(0,0)找到一条路径到(4,x)即可,DFS和BFS我选择BFS,因为BFS天然可以求无向图最短路径,我们要保证操作最少
智力题——5L的桶和3L的桶如何装4L的水_第1张图片
我们先进行一次状态压缩,把ab两个桶的水量压缩成一个整数,例如4,3压缩成43,这样采取取整和求余就可以分别得知ab的水量

问题解决

package com.lry.basic.algorithm.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

public class WaterPuzzle {
    private int A=5;
    private int B=3;
    private int require=4;
    private boolean[] visited = new boolean[A*10+B+1];
    private int[] pre = new int[A*10+B+1];
    private int end = -1;

    private void bfs(){
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(0);
        visited[0] = true;

        while(!queue.isEmpty()){
            int cur = queue.poll();
            int a = cur/10;
            int b = cur%10;

            List<Integer> nextList = next(a,b);
            
            for (int next:nextList) {
                if(!visited[next]){
                    queue.offer(next);
                    visited[next] = true;
                    pre[next] = cur;//保存cur到next这条路径
                    if(next/10==require||next%10==require){//找到一个解就提前返回
                        end = next;
                        return;
                    }
                }
            }

        }
    }

    private List<Integer> next(int a,int b){
        //下一个状态的数组
        List<Integer> nextList = new ArrayList<>();
        //经过四种操作的nextList
        //给a装满水
        nextList.add(A*10+b);
        //给b装满水
        nextList.add(a*10+B);
        //a倒掉全部水
        nextList.add(b);
        //b倒掉全部水
        nextList.add(a*10);
        //a倒入b
        int x = Math.min(a,B-b);//看a中的水量和b中剩余的空间,谁小
        nextList.add((a-x)*10+b+x);
        //b倒入a
        int y = Math.min(b,A-a);//看b中的水量和a中剩余的空间,谁小
        nextList.add((a+y)*10+b-y);
        
        return nextList;
    }
    
    private Iterable<Integer> path(){
        List<Integer> res = new ArrayList<>();
        if(end==-1){
            return res;
        }
        int cur = end;
        while(cur!=0){
            res.add(0,cur);
            cur = pre[cur];
        }
        res.add(0,0);
        return res;
    }
    

    public static void main(String[] args) {
        WaterPuzzle puzzle = new WaterPuzzle();
        puzzle.bfs();
        System.out.println(puzzle.path());
    }

}

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