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如何用二分搜索高效求解办公室饼干最小每小时消耗量

老辰大大_9008

老辰大大_9008

发布时间:2026-05-29 12:43:02

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来源于php中文网

原创

如何用二分搜索高效求解办公室饼干最小每小时消耗量

本文讲解如何通过二分搜索优化“办公室饼干”问题的求解,替代线性搜索,将时间复杂度从 o(n·k) 降至 o(n·log(maxc)),并修正原实现中边界处理、零值过滤、初始范围设定等关键错误。

本文讲解如何通过二分搜索优化“办公室饼干”问题的求解,替代线性搜索,将时间复杂度从 o(n·k) 降至 o(n·log(maxc)),并修正原实现中边界处理、零值过滤、初始范围设定等关键错误。

在“办公室饼干”问题中,开发者 Fyodor 需在 M 小时内吃完 N 个地点共 sum(Cₙ) 块饼干。每小时他只能访问一个地点,且必须吃掉恰好 K 块(若剩余不足 K 块,仍耗时 1 小时)。目标是求满足条件的最小整数 K。

原方案采用线性搜索 + 排序预处理,但存在多个致命缺陷:

  • ❌ 零值过滤逻辑错误:sort.slice(sort.findIndex(e => e > 0)) 在全为 0 时 findIndex 返回 -1,导致 slice(-1) 取出错误子数组;更严重的是,placesCount(输入的 N)包含零值位置,但实际可访问地点数应为 Cₙ > 0 的数量(记为 nonZeroCount),而原代码错误地用 placesCount 判断 N > M,忽略了零值不占时间。
  • ❌ 下界初始化不合理:minCookie = totalCookies
  • ❌ 未校验最大候选 K 是否可行:若 maxCookie = max(Cₙ) 对应的耗时 ∑⌈Cₙ / maxCookie⌉ > M,说明无解,应返回 0。原代码直接假设 maxCookie 可行,跳过验证。
  • ❌ 边界场景遗漏:当 totalCookies === 0 时应直接返回 0;当 nonZeroCount > M(即非零地点数超过总小时数),因每地至少耗 1 小时,必然无法覆盖所有非零地点 → 返回 0。

✅ 正确解法是二分搜索 K,核心在于:

  1. 确定搜索范围:

    • left = 1(K 至少为 1,除非无饼干);
    • right = Math.max(...nonZeroList)(K 不必超过单堆最大值,否则该堆仍只需 1 小时);
    • 特殊情况:若 totalCookies === 0,直接返回 0;若 nonZeroCount > M,返回 0。
  2. 检查函数 isHighEnough(k):

    const isHighEnough = (k) => {
      let hoursNeeded = 0;
      for (const c of nonZeroList) {
        hoursNeeded += Math.ceil(c / k);
        if (hoursNeeded > M) return false; // 提前剪枝,防溢出
      }
      return hoursNeeded <= M;
    };
  3. 标准二分模板(求最小可行 K):

    let left = 1, right = maxNonZero;
    // 先验证 right 是否可行,不可行则无解
    if (!isHighEnough(right)) return 0;
    
    while (left < right) {
      const mid = Math.floor(left + (right - left) / 2);
      if (isHighEnough(mid)) {
        right = mid; // mid 可行,尝试更小
      } else {
        left = mid + 1; // mid 不可行,必须增大
      }
    }
    return left;

? 完整修复后的关键步骤示例:

// 输入解析后,构建非零列表
const nonZeroList = list.filter(c => c > 0);
const nonZeroCount = nonZeroList.length;
const totalCookies = nonZeroList.reduce((a, b) => a + b, 0);

if (totalCookies === 0) return 0;
if (nonZeroCount > M) return 0; // 每堆至少 1 小时,不够用

const maxNonZero = Math.max(...nonZeroList);
// 验证上界是否可行
if (!isHighEnough(maxNonZero)) return 0;

// 二分搜索
let left = 1, right = maxNonZero;
while (left < right) {
  const mid = Math.floor(left + (right - left) / 2);
  if (isHighEnough(mid)) right = mid;
  else left = mid + 1;
}
return left;

⚠️ 注意事项:

  • 使用 Math.ceil(c / k) 计算单堆耗时,避免浮点误差,不可用 Math.floor((c-1)/k) + 1 替代(当 c=0 时出错,但已过滤零值);
  • 提前剪枝 if (hoursNeeded > M) 显著提升最坏情况性能;
  • left 初始为 1 而非 Math.ceil(totalCookies/M),因后者在 M 很大时可能为 0,而 K 必须 ≥1;
  • 所有整数运算,无需考虑浮点精度问题。

该方案时间复杂度为 O(N·log(maxC)),空间复杂度 O(N),完全满足题目 10⁵ 数据规模与 64MB 内存限制。

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