Giao trinh ky thuat lap trinh 2

2,516 views
2,428 views

Published on

Giao trinh ky thuat lap trinh 2

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,516
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
156
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Giao trinh ky thuat lap trinh 2

  1. 1. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN MỤC LỤC MỤC LỤC..........................................................................................................................1..............................................................................................................................................2 Lời nói đầu..........................................................................................................................3 Chương 1.............................................................................................................................4 Một số kỹ thuật – phong cách lập trình tốt.........................................................................4 0.1 Cách đặt tên cho biến hàm......................................................................................4 0.2 Phong cách viết mã nguồn......................................................................................6 0.3 Tối ưu sự thực thi mã nguồn...................................................................................8 Kỹ thuật đệ quy.................................................................................................................16 1.1 Kỹ thuật đệ quy.....................................................................................................16 1.2 Xây dựng một chương trình đệ quy......................................................................20 1.3 Các ví dụ đệ quy...................................................................................................21 1.4 Khử đệ quy............................................................................................................27 1.4.1 Tìm hiểu cơ chế thực hiện hàm đệ quy..........................................................27 1.4.2 Các trường hợp khử đệ quy đơn giản.............................................................29 1.4.3 Khử đệ quy dùng stack..................................................................................31 Bài toán liên quan tổ hợp..................................................................................................37 2.1 Phương pháp sinh..................................................................................................37 2.1.1 Bài toán sinh dãy nhị phân độ dài n...............................................................37 2.1.2 Bài toán liệt kê tập con k phần tử..................................................................39 2.1.3 Bài toán liệt kê các hoán vị............................................................................42 2.2 Thuật toán quay lui (Back Tracking)....................................................................45 2.2.1 Thuật toán quay lui liệt kê dãy nhị phân n.....................................................47 2.2.2 Thuật toán quay lui liệt kê tập con k phần tử.................................................48 2.2.3 Thuật toán quay lui liệt kê hoán vị n phần tử................................................50 2.2.4 Bài toán sắp xếp quân Hậu.............................................................................51 2.2.5 Bài toán mã đi tuần........................................................................................57 Tìm kiếm và Sắp xếp........................................................................................................63 1.1 Tìm kiếm...............................................................................................................63 1.1.1 Mô tả bài toán tìm kiếm trong tin học............................................................63 1.1.2 Tìm kiếm tuyến tính.......................................................................................64 1.1.3 Tìm kiếm nhị phân.........................................................................................65 1.1.4 Kết luận..........................................................................................................67 1.2 Bài toán sắp xếp....................................................................................................67 1.3 Một số phương pháp sắp xếp cơ bản....................................................................67 1.3.1 Phương pháp chọn.........................................................................................67 1.3.2 Phương pháp sắp xếp nổi bọt.........................................................................68 1.3.3 Phương pháp sắp xếp chèn ...........................................................................68 1.3.4 Phương pháp đổi chỗ trực tiếp.......................................................................69 1.3.5 Phương pháp ShellSort..................................................................................76 1.3.6 Phương pháp phân đoạn QuickSort ..............................................................79 1.3.7 Phương pháp cơ số RadixSort.......................................................................83 Stack - Queue....................................................................................................................87 1
  2. 2. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN 2.1 Giới thiệu Stack – ngăn xếp..................................................................................87 2.1.1 Cài đặt Stack dùng CTDL mảng....................................................................88 2.1.2 Các ứng dụng stack........................................................................................90 2.1.3 Các ví dụ minh họa........................................................................................91 2.2 Giới thiệu Queue – hàng đợi...............................................................................106 2.2.1 Cài đặt Queue dùng CTDL mảng................................................................108 2.2.2 Các ứng dụng Queue....................................................................................109BÀI TẬP.........................................................................................................................117TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................124    2
  3. 3. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Lời nói đầu Học phần kỹ thuật lập trình 2 được thiết kế dành cho sinh viên khoa côngnghệ thông tin ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ, là phần tiếp nối với môn kỹ thuật lậptrình 1. Mục đích của môn học là bổ sung những kỹ thuật lập trình đệ quy, khử đệquy, các bài toán trên tập hợp, phương pháp sinh, kỹ thuật quay lui, tìm kiếm vàsắp xếp trên mảng, ngăn xếp và hàng đợi…Song song với phần lý thuyết là các vídụ minh họa cụ thể, cho phép sinh viên hiểu rõ vấn đề hơn. Ngoài những kỹ thuật lập trình, giáo trình còn đề cập tới phương diệnphong cách lập trình trong chương 1. Việc sớm làm quen với phong cách lập trìnhsẽ hỗ trợ sinh viên hoàn thiện kỹ năng viết chương trình. Bài giảng được viết lần đầu tiên nên sẽ không tránh khỏi những sai sót.Kính mong sự đóng góp của các giảng viên và sinh viên nhằm hoàn thiện phần bàigiảng này trong lần tái bản sau. Tất cả những ý kiến đóng góp điều được trân trọng. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả 3
  4. 4. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Chương 1 Một số kỹ thuật – phong cách lập trình tốt  Một chương trình nguồn được xem là tốt không chỉ được đánh giá thông qua thuậtgiải đúng và cấu trúc dữ liệu thích hợp. Mà còn phụ thuộc vào phong cách và kỹ thuật mãhoá (coding) của người viết chương trình. Nếu một người lập trình viết một chương trình tuy thực hiện đúng yêu cầu đặt ranhưng mã nguồn quá lộn xộn và phong cách lập trình cẩu thả, thì mã nguồn này sẽ gâykhó khăn cho chính người lập trình! Đôi khi người mới lập trình không quan tâm đến vấn đề này do ban đầu chỉ làmviệc với chương trình nhỏ. Tuy nhiên, vấn đề phát sinh khi họ phải làm việc với dự án lớnvà chương trình lúc này không còn đơn giản vài chục dòng lệnh nữa. Nếu không rènluyện một phong cách và trang bị một số kỹ thuật lập trình tốt thì người lập trình đối mặtvới nhiều khó khăn… Trong chương đầu tiên xin giới thiệu một số kỹ thuật và phong cách lập trình cơbản, ít nhiều giúp cho người học viết chương trình được tốt hơn.0.1 Cách đặt tên cho biến hàm Thông thường tùy theo ngôn ngữ và môi trường lập trình, người viết chương trìnhthường chọn cho mình một phong cách nhất quán trong việc đặt tên các định danh. Mộtsố quy tắc cần quan tâm khi đặt tên như sau: 1. Tên của định danh phải thể hiện được ý nghĩa: thông thường các biến nguyên như i, j, k dùng làm biến lặp; x, y dùng làm biến lưu tọa độ…Còn những biến lưu trữ dữ liệu khác thì nên đặt gợi nhớ: biến đếm số lần dùng “count” hay So_Luong, biến lưu trọng lượng “weight”, chiều cao “height”…Nếu đặt quá ngắn gọn như c cho biến đếm, hay w cho khối lượng thì sau này khi nhìn vào chương trình sẽ rất khó hiểu! 2. Tên phải xác định được kiểu dữ liệu lưu trữ: phong cách lập trình tốt là khi người đọc nhìn vào một biến nào đó thì xác định ngay được kiểu dữ liệu mà 4
  5. 5. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN biến đó lưu trữ. Giả sử có biến đếm số lần thì ta có thể đặt iCount, trong đó i là kiểu của dữ liệu, strContent là kiểu chuỗi…Có nhiều cú pháp quy ước đặt tên biến, người lập trình có thể chọn cho mình một quy ước thích hợp. Có thể tham khảo một số quy ước trong phần 3 bên dưới. 3. Theo một quy ước cụ thể: a. Cú pháp Hungary: hình thức chung của cú pháp này là thêm tiền tố chứa kiểu dữ liệu vào tên biến. Bảng 1.1 bên dưới là một số tiền tố quy ước được nhiều lập trình viên sử dụng. Các công ty phần mềm thường có các quy ước về cách đặt tên biến cho đội ngũ lập trình viên. Tuy nhiên đa số các quy ước này đều dựa trên cú pháp Hungary. Tiền tố Kiểu dữ liệu Minh họa b boolean bool bStop c char char cLetterGenre str/s C++ string string strFirstName si short integer short siTables i/n integer int iCars int nCars li long integer long liStars f floating point float fPercent d Double precision floating point double dMiles ld long double precision floating long double ldPI point sz Null terminated string char szName[NAME_LEN] if Input file stream ifstream ifNameFile is Input stream istream isInput of Output file stream ofstream ofNameFile os Output stream ostream osOut S Struct struct sPoint {…} C Class class CStudent {…} w Word word wChar u Unsigned.. m_ biến thành viên của hàm class CStudent { private: string m_strName; } g_ biến toàn cục string g_strBuff lp long pointer LPCTSTR lpszClassName 5
  6. 6. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN h handle trong windows HINSTANCE hInstance Bảng 1.1: Minh họa tiền tố của cú pháp Hungary. Đối với những hằng thì tất cả các ký tự đều viết hoa #define MAXSIZE 100 const int MAXLENGTH 200 Cách đặt tên cho hàm: hàm bắt đầu với ký tự đầu tiên là ký tự hoa và không cótiền tố. Tuy nhiên, điều này cũng không bắt buộc tuỳ theo ngôn ngữ lập trình. Nói chunglà hàm có chức năng thực hiện một chức năng nào đó, cho nên chúng thường bắt đầubằng động từ: get, set, do… CString GetName(); // Microsoft VC++ standard String setName(); // Sun Java standard0.2 Phong cách viết mã nguồn• Sử dụng tab để canh lề chương trình: khi soạn thảo mã nguồn nên dùng tab với kích thước là 4 hay 8 để canh lề. Thói quen này giúp cho chương trình được rõ ràng và dễ quản lý. for (i = 0;i < N; i++) for (i = 0; i < N; i++) { { if (Check(i)) if (Check(i)) { { Action1(); Action1(); Action2(); Action2(); } } else else Action3(); Action3(); ActionMain(); ActionMain(); } }• Sử dụng khoảng trắng: chương trình sẽ dễ nhìn hơn. int count; int count; for(count=0;count<10;count++) for (count = 0; count < 10; count++) { { printf(“%d”,count*count+count); printf(“%d”, count * count + count); } }• Tránh viết nhiều lệnh trên cùng một dòng: if(a>5){b=a;a++;} if (a > 5) { 6
  7. 7. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN b=a; a++; }• Định nghĩa các hằng số: một thói quen là người lập trình không định nghĩa những hằng số thường xuyên sử dụng. Dẫn đến những con số khó hiểu xuất hiện trong chương trình, một số tài liệu lập trình gọi những con số này là “magic mumber”. … #define MAX_LEN 100 for(int i=0; i < 100; i ++) #define MAX_NUM 100 A[i] = Rand(100); … … for(int i=0; i < MAX_LEN; i++) k = InputNum(); A[i] = Rand(MAX_NUM); j=0; … while (A[j] != k && j < 100) k = InputNum(); j++; j=0; … while (A[j] != k && j < MAX_LEN) j++; … Trong đoạn chương trình bên trái rất khó phân biệt giá trị 100 ở ba vị trí có mốiquan hệ gì với nhau. Tuy nhiên, trong đoạn bên phải ta dễ dàng thấy được ý nghĩa củatừng giá trị khi thay bằng định danh. Ngoài ra khi cần thay đổi giá trị của MAX_LEN,MAX_NUM thì chỉ cần thay một lần trong phần định nghĩa. Do đó đoạn chương trình Bdễ nhìn hơn và dễ thay đổi hơn!• Viết chú thích cho chương trình: biến, hàm khi định nghĩa nên viết chú thích ý nghĩa và chức năng rõ ràng. Đôi khi các lệnh thực thi cũng cần có giải thích nếu chúng quá phức tạp. int CheckFactor(int n) { /* Ý nghĩa: kiểm tra xem 1 số có phải là nguyên tố hay không Tham số vào: n số cần kiểm tra Tham số ra: giá trị trả về 0: không phải số nguyên tố 1: là số nguyên tố */ ….// phần thực hiện của hàm } Ví dụ chú thích cho biến byte Image; // buffer ảnh int Rows, Cols; // số dòng, số cột 7
  8. 8. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN int r, c; // dòng cột hiện hành int PixelCount; // tổng số pixel Tuy nhiên không phải bất cứ lệnh nào cũng chú thích, việc chú thích tràn lan ngay cả với câu lệnh đơn giản cũng không có ý nghĩa gì. Đôi khi còn làm cho chương trình khó nhìn hơn!• Nên viết biểu thức điều kiện mang tính tự nhiên: biểu thức nên viết dưới dạng khẳng định, việc viết biểu thức dạng phủ định sẽ làm khó hiểu! if ( !(iBlock < Block1 ) || !(iBlock >= Block2)) … Mỗi biểu thức trong điều kiện được viết dưới dạng phủ định, ta nên viết lại dưới dạng khẳng định cho dễ hiểu hơn: if ( (iBlock >= Block1 ) || (iBlock < Block2)) …• Dùng chính ngôn ngữ đó để tính kích thước của đối tượng : không nên dùng giá trị tường minh cho kích thước của dữ liệu. Khi cần lấy kích thước của biến int, ta có thể dùng sizeof(int) thay cho các giá trị 2 hay 4. Tương tự như vậy khi lấy kích thước của phần tử trong một mảng int ta dùng sizeof(array[0]) thay cho sizeof(int). Sau này khi mảng array có thay đổi kiểu dữ liệu thì cách viết sizeof(array[0]) cũng không ảnh hưởng.0.3 Tối ưu sự thực thi mã nguồn Mã nguồn nếu được viết tốt sẽ làm cho tốc độ chương trình cải thiện đáng kể. Có thể ngày nay năng lực xử lý của máy tính khá mạnh, do đó người lập trình không quan tâm đến việc tối ưu mã nguồn. Nhưng cũng không vì thế mà bỏ qua kỹ thuật này. Vậy thế nào là tối ưu mã nguồn? ở đây không đề cập đến giải thuật, vì chắc chắn giải thuật tốt thì sẽ cho chương trình tối ưu. Tuy nhiên, việc cài đặt cũng cần phải có kỹ thuật, nếu không thì chính khả năng cài đặt của lập trình viên làm hạn chế sự thực thi của thuật giải hay chương trình. Mục đích của việc tối ưu mã nguồn là nâng cao tốc độ xử lý và hạn chế không gian bộ nhớ mà chương trình chiếm dụng. Thông thường có thể mâu thuẫn giữa tốc độ và không gian lưu trữ, do đó tuỳ theo điều kiện cụ thể mà người lập trình có thể lựa chọn thích hợp. 8
  9. 9. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Trong phần dưới xin trình bày một số thủ thuật chọn lọc có thể giúp ích để hình thành nên phong cách lập trình tốt cho người đọc.• Thu gọn những biểu thức dùng nhiều lần: nếu một biểu thức tính toán được dùng nhiều lần thì chúng ta nên tính kết quả một lần rồi lưu vào một biến và dùng lại. Ví dụ: F = sqrt(dx*dx+dy*dy) + (sqrt(dx*dx + dy*dy)*sqrt(dx*dx)-sqrt(dy*dy))… Trong dãy biểu thức trên có sqrt(dx*dx+dy*dy), dx*dx, dy*dy được dùng nhiều chỗ, ta có thể tính trước bên ngoài và lưu vào biến tạm để dùng lại sau này. Hạn chế việc tính toán với cùng một biểu thức nhiều lần!• Đưa những biểu thức không phụ thuộc vòng lặp ra ngoài: trong một số vòng lặp ta có sử dụng biểu thức tính toán nhưng giá trị của biểu thức không phụ thuộc vào sự thay đổi của vòng lặp thì có thể đưa biểu thức này ra ngoài. Ví dụ: for(i =0; i < strlen(str); i++) …. chuyển thành: int n = strlen(str) for(i =0; i < n; i++) ….• Thay thế một biểu thức bằng một biểu thức tương đương nhưng lợi về thực thi : một số chương trình xử lý ảnh đòi hỏi tốc độ cao, thì người lập trình có thể thay thế các phép nhân chia bằng phép dịch chuyển bit. Thay thế sử dụng chỉ mục trong mảng C/C++ bằng con trỏ… Ví dụ: khi so sánh khoảng cách của hai điểm ta thường làm như sau if (sqrt(dx1*dx1+dy1*dy1) < sqrt(dx2*dx2+dy2*dy2)) … Thay bằng if ((dx1*dx1+dy1*dy1) < (dx2*dx2+dy2*dy2)) ...• Dùng số nguyên thay cho số thực: do việc xử lý số thực chậm hơn xử lý số nguyên nên ta có thể dùng số nguyên thay cho số thực có phần lẻ nhỏ. 9
  10. 10. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Ví dụ: điểm trung bình của sinh viên là số thực ta có thể thay bằng số nguyên: DTB là 8.72 thì lưu theo số nguyên 872, khi xuất ra thì chia cho 100.• Loại bỏ vòng lặp: nếu thân vòng lặp đơn giản và số lần lặp cũng không nhiều, ta có thể làm cho đoạn chương trình hiệu quả hơn bằng cách bỏ vòng lặp. Ví dụ: for(i =0; i < 3; i++) A[i] = B[i] + C[i]; Thay bằng A[1] = B[1] + C[1]; A[2] = B[2] + C[2]; A[3] = B[3] + C[3]; Đoạn chương trình thay thế loại bỏ vòng lặp, tức là lệnh rẽ nhánh, lệnh rẽ nhánh làm chậm chương trình do ngắt luồng thực thi. Nếu vòng lặp dài và cùng dạng biểu thức ta có thể cải tiến như ví dụ sau for(i=0; i < 3*n; i++) A[i] = B[i] + C[i]; Thay bằng for(i=0; i < 3*n; i+=3) { A[i] = B[i] + C[i]; A[i+1] = B[i+1] + C[i+1]; A[i+2] = B[i+2] + C[i+2]; } Ví dụ trên chỉ áp dụng khi chiều dài vòng lặp là bội số của bước nhảy!• Loại bỏ câu lệnh rẽ nhánh trong vòng lặp: xem ví dụ sau Chương trình A Chương trình B for i to 1000 do if (w) then { for i to 1000 do x[i] = x[i] + y[i]; { if (w) then y[i] = 0; x[i] = x[i] + y[i]; } y[i] = 0; } else for i to 1000 do x[i] = x[i] + y[i]; 10
  11. 11. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCNTrong chương trình A, mỗi lần lặp thì phải kiểm tra thêm điều kiện của w. Trong khichương trình B thì ta kiểm tra giá trị của w trước khi vào vòng lặp. Do đó B có hai vònglặp nhưng chỉ thực hiện một trong hai và chỉ kiểm tra giá trị w duy nhất 1 lần!• Thoát khỏi vòng lặp sớm nhất: một số trường hợp không cần phải lặp hết toàn bộ vòng lặp mà đã đạt được mục đích thì có thể thoát ra khỏi vòng lặp. Ví dụ: chỉ cần xác định giá trị -99 có xuất hiện trong danh sách hay không ta có hai chương trình A và B minh họa như sau: Chương trình A Chương trình B found = FALSE; found = FALSE; for(i=0;i<10000;i++) for(i=0; i<10000; i++) { { if( list[i] == -99 ) if( list[i] == -99 ) { { found = TRUE; found = TRUE; } break; } } if( found ) printf("Yes, there is a -99."); } if( found ) printf("Yes, there is a -99."); Chương trình A khi tìm thấy thì vẫn cứ lặp cho đến hết, trong khi B thì sẽ thoátngay. Rõ ràng khi đã tìm thấy thì không cần phải lặp tiếp, khi đó B sẽ tối ưu hơn!• Gom các vòng lặp: các vòng lặp cùng số lần lặp thì nên gom lại Ví dụ: for( int i=0; i<n; i++) a[i]= 0; for(i=0; i<n i++) b[i]= 0; Viết lại: for(i=0; i<n i++) a[i]= b[i]= 0;• Sử dụng phép shift thay cho nhân chia: 11
  12. 12. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN o Shift trái 1 bit: nhân 2 o Shift phải 1 bit: chia 2 Ví dụ: a *= 4 ⇒ a<<2 b /=8 ⇒ b>>3 a = 2*(b+c) ⇒ a = (b+c)<<1• Sử dụng phép “&”: thay cho phép chia dư n, với n là 2i {2, 4, 8, 16, 32…} Ví dụ: m=n%2 ⇒ m=n&1 ⇔ m = n & 0x1 m=n%8 ⇒ m=n&7 ⇔ m = n & 0x7 m = n % 16 ⇒ m = n & 15 ⇔ m = n & 0xF Lấy byte thấp: m = n % 256 ⇒ m = n & 0xFF• Cải tiến tính toán cho biến cờ: if (x >y) flag =1; else flag =0; Cải tiến thành: flag = x>y;• Lưu tạm giá trị thường sử dụng: trong chương trình đôi khi một giá trị được tính toán một lần nhưng lại thường được sử dụng mà ít có thay đổi giá trị. Khi đó ta có thể dùng biến lưu trữ giá trị của biểu thức này, khi nào cần thì có thể sử dụng biến đó thay vì phải tính toán lại. Ví dụ: đoạn chương trình giải phương trình bậc hai. … 12
  13. 13. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN if ((b*b)-4*a*c < 0) printf(“Phuong trinh vo nghiem!”); else if ((b*b)-4*a*c == 0) printf(“Phuong trinh co nghiem kep”); … else { x1= (-b + sqrt((b*b)-4*a*c))/(2*a); x2= (-b - sqrt((b*b)-4*a*c))/(2*a); … } Trong đoạn chương trình trên delta được tính lại 4 lần, ta có thể cải tiến chỉ tính duy nhất một lần! delta = (b*b)-4*a*c; if ( delta < 0) printf(“Phuong trinh vo nghiem!”); else if (delta == 0) printf(“Phuong trinh co nghiem kep”); … else { x1= (-b + sqrt(delta))/(2*a); x2= (-b - sqrt(delta))/(2*a); … 13
  14. 14. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN }• Tránh lãng phí bộ nhớ: bằng cách sử dụng kiểu dữ liệu nhỏ nhất có thể được để lưu trữ: không gian bộ nhớ hiện tại có thể không còn eo hẹp như trước, nhưng không vì thế mà người lập trình có thể tự do phung phí cấp cho chương trình. Việc sử dụng quá nhiều tài nguyên hơn mức đòi hỏi của chương trình là thói quen xấu mà người lập trình hay mắc phải. Hơn nữa tốc độ chương trình sẽ nhanh hơn khi sử dụng kiểu dữ liệu nhỏ hơn.• Khai báo biến cục bộ trong phạm vi gần nhất: đúng như tên gọi là biến cục bộ do đó khi sử dụng nên khai báo gần với điểm sử dụng nhất. Việc khai báo ở phạm vị rộng hơn chỉ làm lãng phí và khó kiểm soát.• Sử dụng macro: một số hàm đơn giản và thường sử dụng có thể chuyển thành macro để tăng tốc độ thực thi của chương trình. Do mỗi lần gọi hàm sẽ tốn chi phí cho việc gọi và trả về từ hàm. Ví dụ: int max(int a, int b) { return a>b? a: b; } Chuyển thành macro: #define max(a, b) ((a)>(b)) ? (a) : (b) Hàm hoán chuyển giá trị 2 số nguyên void swap(int &a, int &b) { int t; t = a; a = b; b = t; } Chuyển thành macro swap #define swap(a, b) {int t = a; a = b; b = t;} 14
  15. 15. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN• Giảm số lượng tham số truyền vào hàm: việc sử dụng hàm có quá nhiều tham số được truyền vào có thể làm ảnh hưởng đến ngăn xếp dành cho việc gọi hàm. Nhất là trường hợp tham số là kiểu dữ liệu cấu trúc. Sử dụng con trỏ hay tham chiếu trong trường hợp này để đơn giản hoá. Ví dụ : void Print(struct Student s) { printf(“%d”, s.StudentCode); … } Thay bằng: void Print(const struct Student *s) { printf(“%d”, s->StudentCode); … }    15
  16. 16. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Chương 1 Kỹ thuật đệ quy   1.1 Kỹ thuật đệ quy Đệ quy là một thuật toán dùng để đơn giản hóa những bài toán phức tạp bằng cách phân nhỏ phép toán đó thành nhiều phần đồng dạng. Qua việc giải những bài toán được phân nhỏ này, những lời giải sẽ được kết hợp lại để giải quyết bài toán lớn hơn. Một số các ví dụ đệ quy • Định nghĩa số tự nhiên o 0 là số tự nhiên o N là số tự nhiên n-1 là số tự nhiên • Định nghĩa giai thừa của n o 0! là 1 o Nếu n>0, n! = n *(n-1)! Hàm đệ quy : Hàm đệ quy là một hàm trong đó có dùng lời gọi hàm đến chính bản thân nó. Ví dụ ta có hàm đệ quy như sau: int Sum(int n) { if (n==0) return 0; else return (n+Sum(n-1)); // gọi đệ quy đến chính bản thân hàm sum } Khi một hàm đệ quy gọi đến chính nó thì mỗi lần gọi máy sẽ tạo ra tập các biến cục bộ mới hoàn toàn độc lập với biến cục bộ đã tạo ra trong lần gọi trước. Bao nhiêu lần gọi hàm đệ quy thì tương ứng với bấy nhiêu lần thoát ra khỏi hàm, mỗi lần ra khỏi hàm thì tập biến cục bộ bị xóa. 16
  17. 17. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Có một sự tương ứng giữa các lời gọi hàm và lần thoát khỏi hàm theo thứ tự ngược lại: lần ra khỏi hàm đầu tiên tương ứng với lần gọi hàm cuối cùng. Ví dụ minh họa hàm đệ quy: tính giai thừa của n (tích của các số từ 1 đến n). Ta có định nghĩa của giai thừa n như sau: n! = 1.2.3...(n-1).n hoặc định nghĩa:  1 n =0 n! =  (n −1)!. n n ≥1 Phương pháp thứ nhất là dùng vòng lặp: long GT(int n) { long result = 1; for(int i=1; i <= n; i++) result *= i; return result; } Phương pháp thứ hai là dùng hàm đệ quy: long Giaithua(int n) { if (n == 0) return 1; else return (n*Giaithua(n-1)); } Phân tích chương trình thực hiện đệ quy: Giả sử chương trình có lời gọi hàm như sau long l = Giaithua(5); 17
  18. 18. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN long l = Giaithua(5) 120 Giaithua(5) n=5 return 5* Giaithua(4) 24 Giaithua(4) n=4 return 4* Giaithua(3) 6 Giaithua(3) n=3 return 3* Giaithua(2) 2 Giaithua(2) n=2 return 2* Giaithua(1) 1 Giaithua(1) n=1 return 1* Giaithua(0) 1 Giaithua(0) n=0 return 1 Hình 2.1: Gọi đệ quy của hàm giai thừa. Lưu ý: Hàm đệ quy dùng nhiều vùng nhớ trên ngăn xếp do đó có thể dẫn đến tràn ngăn xếp. Do đó nếu một bài toán có thể dùng phương pháp lặp (không đệ quy) để giải quyết thì nên sử dụng cách này. Phân loại hàm đệ quy:  Đệ quy trực tiếp: trong một hàm có lời gọi hàm đến chính bản thân hàm đó. 18
  19. 19. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN - Đệ quy tuyến tính: thân hàm gọi một lần đến chính nó: Un a, n =1 r + Un-1, n>1 double U(int n, double a, double r) { if (n == 1) return a ; return r + U(n-1, a, r) ; } - Đệ quy nhị phân: thân hàm có hai lần gọi chính nó Un 1, n =1, 2 Un-2 + Un-1, n>2 long Fibo(int n) { if (n<2 ) return 1 ; return Fibo(n-1) + Fibo(n-1) ; } - Đệ quy phi tuyến: thân hàm gọi nhiều lần đến nó Un n, n < 6 Un-5 + Un-4 Un-3 + Un-2+ Un-1, n>=6 long U( int n) { if (n<6) return n; long S= 0; for (int i = 5; i>0; i--) S+= U(n-i); return S; } - Đệ quy hỗ tương: hai hàm đệ quy gọi nhau Un n, n <5 Un-1 + Gn-2, n>=5 Gn n-3, n <8 Un-1 + Gn-2, n>=8 long G(int n); 19
  20. 20. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN long U( int n) { if (n<5) return n; return U(n-1) + G(n-2); } long G(int n) { if (n<8) return n-3; return U(n-1) + G(n-2); }  Đệ quy gián tiếp: trong một hàm có lời gọi hàm đến một hàm khác và bên trong hàm này lại có lời gọi hàm đến hàm ban đầu. Ví dụ như hàm F 1 gọi hàm F2 và bên trong hàm F2 lại có lời gọi hàm đến F1. Đây được gọi là sự đệ quy gián tiếp. Thông thường những dạng chương trình đệ quy gián tiếp thì khó theo dõi và gỡ rối, nên khi xây dựng chương trình loại này phải hết sức cẩn thận.1.2 Xây dựng một chương trình đệ quy Phương pháp đệ quy thường được áp dụng cho những bài toán phụ thuộc tham số và có các đặc điểm sau: 1. Bài toán dễ dàng giải quyết trong một số trường hợp riêng ứng với các giá trị đặc biệt nào đó của tham số. Trường hợp này gọi là suy biến. Ví dụ như khi tính giai thừa thì giai thừa của 0 là 1. 2. Trong trường hợp tổng quát, bài toán quy về cùng một dạng nhưng giá trị tham số được thay đổi. Sau một số lần hữu hạn các bước biến đổi đệ quy thì bài toán trở về trường hợp suy biến. Ví dụ như n! = (n-1)!. n, khi đó n giảm về 0 thì xảy ra trường hợp suy biến. Các hàm đệ quy thường có dạng tổng quát như sau: if (Trường hợp đặc biệt, suy biến) { // giải theo cách suy biến, trường hợp này đã có lời giải } else // trường hợp tổng quát. 20
  21. 21. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN { // gọi đệ quy với giá trị tham số khác (thay đổi tham số) } Ví dụ 1: Tính tổng các số nguyên từ 1 đến N. N N −1 N −2 ∑ i = N + ∑ i = N + ( N − 1) + ∑ i i =1 i i −1 Ta phân tích như sau: + Trường hợp đặc biệt N=1 thì kết quả là 1 + Trường hợp khác ta thực hiện đệ quy: N + Tong(N-1). Ví dụ 2: tìm USCLN của hai số nguyên dương a, b. + Trường hợp đặc biệt khi a = b khi đó USCLN(a, b) = a + Trường hợp chung a và b khác nhau ta có thể thực hiện đệ quy như sau: - USCLN(a, b) = USCLN(a-b, b) nếu a>b - USCLN(a, b) = USCLN(a, b-a) nếu a<b. Hàm tìm USCLN đệ quy được viết như sau: int USCLN(int a, int b) { if (a==b) return a; else if (a>b) return USCLN(a-b, b); else return USCLN(a, b-a); } Ví dụ 3: Tính an. + Trường hợp đặc biệt n = 0, kết quả là 1 + Trường hợp khác, kết quả là a * a(n-1).1.3 Các ví dụ đệ quyTrong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu một số chương trình đệ quy như sau: Tháp Hanoi (Tower of Hanoi): Cho 3 cột tháp được đặt tên là C1, C2, và C3. Có N đĩa có đường kính giảm dần và được sắp như hình vẽ. Hãy dịch chuyển N đĩa đó sang cột C 2, theo nguyên tắc sau: mỗi lần chỉ dịch được một đĩa, không được để một đĩa có đường kính lớn nằm trên đĩa có đường kính nhỏ. Ta phân tích cách thực hiện như sau: 21
  22. 22. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Với N = 2: ta có cách làm như sau: chuyển đĩa bé nhất sang C 3, chuyển đĩa lớn sang C2, chuyển đĩa nhỏ từ C3 sang C2. 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Hình 2.2: Minh họa tháp Hanoi với n =2. Với N = 3: ta thực hiện với giả thiết đã biết cách làm với N-1 đĩa (2 đĩa trong ví dụ N=3): chuyển đĩa 1 và 2 sang cọc 3, chuyển đĩa 3 sang cọc 2, chuyển hai đĩa 1, 2 từ cọc 3 sang cọc 2. 22
  23. 23. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN C1 C2 C3 B1 B2 B3 1, 2 qua cọc 3 1, 2 qua cọc 2 3 qua cọc 2 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 B1.1 B3.3 C1 C2 C3 C1 C2 C3 B1.2 B3.2 C1 C2 C3 C1 C2 C3 B1.3 B3.1 C1 C2 C3 C1 C2 C3 Hình 2.3: Minh họa trường hợp N = 3.Trong trường hợp N = 3 như hình 2.3, thực hiện ba bước để đưa 3 đĩa về cọc 2: gồm B1,B2 và B3. Với B2 thì đơn giản do chuyển 1 đĩa, còn bước B1 và B3 phải di chuyển nhiềuhơn 1 đĩa nên chúng sẽ bao gồm nhiều bước nhỏ trong đó. B1 gồm {B1.1, B1.2, B1.3} và 23
  24. 24. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCNB2 gồm {B2.1, B2.2, B2.3}. Cuối cùng cách thực hiện theo các bước: B1.1 ⇒ B1.2 ⇒B1.3 ⇒ B2 ⇒ B3.1 ⇒ B3.1⇒ B3.3. C1 C2 C3 Hình 2.4: Tháp Hanoi với n = 4. Chúng ta định nghĩa hàm DichChuyen chuyển N đĩa từ cọc nguồn, sang cọc đích thông qua một cọc trung gian (cọc thứ 3 còn lại). Hàm này định nghĩa như sau: DichChuyen(N, Nguon, Dich, Trung gian); Với N = 2 ta diễn tả lại như sau: DichChuyen(1, C1, C3, C2) DichChuyen(1, C1, C2, C3) DichChuyen(1,C3, C2, C1) Với N = 3 ta diễn tả như sau: thông qua dịch chuyển 2 đĩa DichChuyen(2, C1, C3, C2) DichChuyen(1, C1, C2, C3) DichChuyen(2,C3, C2, C1) Với N tổng quát ta có DichChuyen(N-1, C1, C3, C2) DichChuyen(1, C1, C2, C3) DichChuyen(N-1,C3, C2, C1) Trường hợp N =1 ta chỉ cần dịch từ cọc nguồn tới cọc đích không cần cọc trung gian. Đoạn chương trình C/C++ minh họa như sau: #include <stdio.h> void DichChuyen(int N, int C1, int C2, int C3); int main() { int N; 24
  25. 25. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN printf(“Nhap so dia: “); scanf(“%d”, &N); DichChuyen(N, 1, 2, 3); return 0; } void DichChuyen(int N, int C1, int C2, int C3) { if (N == 1) printf(“%d - > %d”, C1, C2); else { DichChuyen(N-1, C1, C3, C2); DichChuyen(1, C1, C2, C3); DichChuyen(N-1, C3, C2, C1); } } Tìm phần tử lớn nhất trong mảng dùng đệ quy: cho mảng a[n], n > 1, hãy tìm phần tử lớn nhất trong mảng a[n]. Ta thử phân tích như sau: ý tưởng là đi từ phần đuôi và so sánh với phần tử cuối cùng của mảng với biến tạm m, chọn ra phần tử lớn nhất ⇒ lưu lại vào m. Bước tiếp theo thực hiện tương tự nhưng lúc này mảng rút ngắn lại còn n-1 phần tử. a1 a2 a3 an-1 an m = Max(m, an) n = n-1 a1 a2 a3 an m = Max(m, an) n =1 an m = Max(m, an) Hình 2.5 : Tìm phần tử lớn trong mảng dùng đệ quy Hàm đệ quy tìm phần tử lớn nhất mô tả như sau: giả sử chỉ số mảng tính từ 1. 25
  26. 26. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN DeQuyMax(int a[N], int n, int &max)// Gỉa sử n > 0  if ( n ==1) {max = a[1] ; return;}  if (max < a[n]) max = a[n];  DeQuyMax(a, n-1, max); Tính tổng các phần tử trong mảng dùng đệ quy: cho dãy a[1:n], gọi hàm Sum là hàm đệ quy tính tổng, khi đó tổng của dãy a[1:n] là Sum(a[1:n]) Sum(a[1:n]) = Sum(a[1:n-1]) + a[n] Và Sum(a[m:m]) = a[m], trường hợp m=1 thì Sum(a[1:1]) = a[1] a1 a2 a3 an-1 an Sum(n) = an + Sum(n-1) n = n-1 a1 a2 a3 an Sum(n) = an + Sum(n-1) n=1 an Trả về Sum(n) = an = a1 Hình 2.6: Tổng các phần tử trong mảng. Hàm đệ quy mô tả bằng mã giả như sau: Sum(int a[], int n) - if ( n == 1) Sum = a[1]; - else  Sum = Sum(a, n-1) + a[n]; 26
  27. 27. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN1.4 Khử đệ quy1.4.1 Tìm hiểu cơ chế thực hiện hàm đệ quy Tại mỗi thời điểm của hàm đệ quy được đặc trưng bởi: nội dung các biến và các lệnh cần thực hiện tiếp theo. Do đó tại mỗi thời điểm trong tiến trình xử lý của hàm đệ quy cần phải lưu trữ cả các trạng thái xử lý dang dở. Ví dụ trong hàm đệ quy tính giai thừa n, GT(n): if (n == 0) return 1; else return (n* GT(n-1)); Trong trường hợp n = 3 GT(3) = 3 * GT(2) GT(2) = 2 * GT(1) GT(1) = 1 * GT(0) GT(0) = 1 Hình 2.7: Gọi đệ quy hàm GT. Khi thực hiện lời gọi GT(3) thì sẽ phát sinh lời gọi hàm đến GT(2) và đồng thời phải lưu giữ thông tin trạng thái xử lý còn dang dở GT(3) = 3 * GT(2). Đến lượt hàm GT(2) sẽ phát sinh lời gọi hàm đến GT(1) và lưu giữ thông tin trạng thái còn dang dở GT(2) = 2 * GT(1)…Quá trình cứ thực hiện tương tự cho tới khi gặp trường hợp suy biến GT(0) = 1. 27
  28. 28. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Kết thúc quá trình gọi đệ quy là quá trình xử lý ngược được thực hiện: Giá trị của GT(0) được dùng để tính GT(1) theo quá trình lưu trữ Dùng giá trị GT(1) để tính GT(2) theo quá trình tương tự Dùng giá trị GT(2) để tính GT(3) để ra kết quả cuối cùng Song song với quá trình xử lý ngược là xóa bỏ thông tin lưu trữ trong những lần gọi hàm tương ứng. Ví dụ hàm đệ quy tính giá trị dãy Fibonacci Fibo(n) if (n ==0) || (n == 1) return 1; else return (Fibo(n-1) + Fibo(n-2)); Fibo(4) = Fibo(2) + Fibo(3) Fibo(2) = Fibo(1) + Fibo(0) Fibo(3) = Fibo(2) + Fibo(1) Fibo(1) = 1 Fibo(0) = 1 Fibo(2) = Fibo(1) + Fibo(0) Fibo(1) = 1 Fibo(1) = 1 Fibo(0) = 1 Hình 2.8: Hàm đệ quy tính dãy Fibonacci. Do đặc điểm của quá trình xử lý một hàm đệ quy: việc thực thi lời gọi đệ quy sinh ra lời gọi đệ quy mới cho đến khi gặp trường hợp suy biến, do đó cần phải có cơ chế lưu trữ thông tin thoả yêu cầu: o Ở mỗi lần gọi phải lưu trữ thông tin trạng thái con còn đang xử lý dang dở, số trạng thái này bằng với số lần gọi chưa hoàn tất. o Sau khi thực hiện xong một lần gọi thứ k, cần khôi phục lại toàn bộ thông tin trạng thái của lần gọi trước đó là lần gọi k-1. 28
  29. 29. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN o Lệnh gọi cuối cùng (trường hợp suy biến) sẽ được hoàn tất trước tiên. Các lệnh gọi sau sẽ hoàn thành trước, do đó dãy thông tin trạng thái được hồi phục theo thứ tự ngược với thứ tự lưu trữ. Cấu trúc dữ liệu ngăn xếp lưu trữ theo kiểu Last In First Out thoả các yêu cầu trên nên được sử dụng để lưu trữ thông tin trạng thái của quá trình xử lý đệ quy. Thông thường đệ quy là phương pháp giúp chúng ta tìm giải thuật cho những bài toán khó. Kết quả của giải thuật đệ quy thường rất gọn gàng, dễ hiểu và dễ chuyển thành các chương trình trên các ngôn ngữ lập trình. Tuy nhiên, việc xử lý giải thuật đệ quy cũng gây khó khăn cho máy về không gian lưu trữ và thời gian xử lý. Vì vậy việc thay thế một chương trình đệ quy bằng một chương trình không đệ quy cũng được quan tâm rất nhiều. Thông thường khi gặp một bài toán khó giải quyết theo hướng không đệ quy thì người ta thực hiện quá trình như sau: o Dùng quan niệm đệ quy để tìm giải thuật cho bài toán o Mã hoá giải thuật đệ quy o Khử đệ quy để có một chương trình không đệ quy. Quá trình trên gọi là khử đệ quy, đôi khi việc khử đệ quy cũng không dễ dàng gì, nên nhiều khi cũng phải chấp nhận chương trình đệ quy!1.4.2 Các trường hợp khử đệ quy đơn giản o Hàm tính giá trị của dãy dữ liệu mô tả bằng hồi quy: Ví dụ 1: hàm tính giai thừa không đệ quy long int GiaiThua( int n) { long int F =1; for (int k = 1; k <= n; k++) F = k*F; return (F); } Ví dụ 2: hàm tính Sn không đệ quy int Sn(int n) { int k = 1; int tg = 1; while ( k < n ) { 29
  30. 30. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN k++; if ( k % 2 ) tg += 2*k -1; else tg -= 2*k + 1; } } o Dạng đệ quy đuôi Một hàm đệ quy đuôi P có dạng như sau: P(X) { if B(X) D(X) else { A(X) P(f(X)) } } Trong đó: X: là biến (một hay nhiều biến) P(X): là hàm đệ quy phụ thuộc X A(X) và D(X): là các nhóm lệnh không đệ quy f(X): là hàm biến đổi x trong lần gọi thứ Pi nếu B(fi(X)) không đúng thì thực hiện lệnh X và gọi Pi+1, ngược lại B(fi(X)) đúng thì thực hiện D(X) và kết thúc quá trình gọi (Pi ko gọi thêm hàm đệ quy khác). Ví dụ: Tìm USCLN của hai số dựa vào thuật toán Euclide Giải thuật đệ quy USCLN(m ,n) bằng Euclide như sau : void USCLN( int m, int n, int & kq) { if ( n ==0) kq = m ; else USCLN(n, m %n, kq) ; } Trong trường hợp này: 30
  31. 31. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN X là m, n và kq P(X) : USCLN(m, n, kq) B(X) : n ==0 D(X) : kq = m ; A(X) : không có f(x): USCLN(n, m %n, kq) Hàm USCLN không đệ quy được thể hiện như sau: void USCLN(int m, int n, int & kq) { int temp; while (n !=0) { temp = m %n; m = n; n = temp; } kq = m; }1.4.3 Khử đệ quy dùng stack Để thực hiện một chương trình con đệ quy thì hệ thống phải tổ chức vùng nhớ lưu trữ theo quy tắc LIFO. Các ngôn ngữ lập trình cấp cao đều có khả năng tạo vùng nhớ stack mới cho phép tổ chức các chương trình đệ quy. Thực hiện một chương trình con đệ quy theo cách mặc định thường tốn bộ nhớ. Do cách tổ chức stack mặc định thích hợp cho mọi trường hợp nên sẽ không tối ưu trong từng trường hợp cụ thể. Do đó sẽ tốt khi người lập trình chủ động tạo cấu trúc dữ liệu stack đặc dụng cho từng chương trình đệ quy cụ thể. Giả sử thủ tục đệ quy trực tiếp có cấu trúc như sau : P(X) { if C(X) D(X) ; else A(X) ; P(f(X)) ; B(X) ; 31
  32. 32. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN } Trong đó X : là một hay nhiều biến C(X) : biểu thức điều kiện theo X A(X), B(X) và D(X) : nhóm lệnh không đệ quy f(X) : là hàm của X Quá trình thực hiện thủ tục P(X) như sau: Nếu C(X) đúng thì thực hiện D(X) Ngược lại thực hiện A(X), gọi P(f(X)), thực hiện B(X) sau khi hoàn thành P(f(X)). Mỗi lần P(Y) được gọi thì thông tin của B(Y) lại được sinh ra nhưng chưa thực hiện. Giả sử quá trình đệ quy kết thúc sau k lần gọi đệ quy thì chương trình phải thực hiện dãy k thao tác B theo thứ tự: B(fk-1(X)), B(fk-2(X)), ..., B(f(f(X))), B(f(X), B(X) Để thực hiện dãy thao tác B trên ta cần xây dựng stack để lưu trữ tạm. Giải thuật thực hiện P(X) với việc sử dụng stack có dạng: P(X) { CreateStack(S) ; while ( ! C(X)) { A(X) ; Push(S, X) ; X = f(X) ; } D(X) ; while ( !Empty(S)) { Pop(S, X) ; B(X) ; 32
  33. 33. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN } } Ví dụ: thủ tục đệ quy biểu diễn số thập phân sang nhị phân có dạng: void Binary(int m) { if (m >0) { Binary( m / 2); printf("%d", m % 2); } } Trong đó: X là m P(X) là Binary(X) A(X) và D(X) không có B(X) là lệnh printf("%d", m % 2) ; C(X) là m ≤ 0 f(X) = f(m) = m / 2 ; Giải thuật không đệ quy như sau: void Binary( int m) { int temp; CreateStack(S); while (m > 0) { temp = m % 2; Push(S, temp); m = m / 2; } while (! Empty(S)) { Pop(S, temp); printf(“%d”, temp); } 33
  34. 34. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN } Lệnh gọi đệ quy với hai lần gọi trực tiếp: Thủ tục đệ quy có dạng như sau: P(X) { if C(X) D(X) else { A(X); P(f(X)); B(X); P(g(X)); } } Quá trình thực hiện thủ tục đệ quy P(X) như sau: Nếu C(X) đúng thì thực hiện D(X). Nếu C(X) sai thì thực hiện A(X), gọi P(f(X)), thực hiện B(X) và gọi P(g(X)); khi đó ngoài việc lưu giá trị fi(X) tương ứng chương trình còn phải lưu thêm các giá trị gi(X) phát sinh tương ứng… Do đó ngoài dữ liệu X, chương trình còn phải lưu vào ngăn xếp thêm thứ tự lần gọi. Thủ tục khử đệ quy dùng stack trong trường hợp này có dạng như sau: P(X) { CreateStack(S); Push(S, (X, 1)); do { while ( !C(X)) { 34
  35. 35. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN A(X); Push(S, (X, 2)); X = f(X); }// end while D(X); Pop(S, (X, k)); if ( k != 1) { B(X); X = g(X); }// end if } while (k > 1); } Ví dụ: khử đệ quy của thủ tục tháp Hanoi Dạng thủ tục đệ quy của tháp Hanoi như sau: Hanoi(n, a, b, c) { if (n>0) { Hanoi(n-1, a, c, b); Move(a, c); Hanoi(n-1, b, a, c); } } Trong đó n là số đĩa, a là cột đầu tiên, b là cột trung gian, và c là cột cuối cùng, Move(x, y) là thao tác chuyển 1 đĩa từ cột x sang y. Trong trường hợp này: X là bộ (n, a, b, c); C(X) là (n ≤ 0) A(X) và D(X) là rỗng B(X) là B(n,a, b, c) = Move(a, c) f(X) là f(n, a, b, c) = Hanoi(n-1, a, c, b) 35
  36. 36. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN g(X) là g(n, a, b, c) = Hanoi(n-1, b, a, c) Giải thuật không đệ quy tương ứng như sau: Create_Stack(S) ; Push(S, (n, a, b, c, 1)); do { while (n > 0) { Push(S, (n, a, b, c, 2)); n = n-1; Swap(b, c); } Pop(S, (n, a, b, c, k)); if ( k != 1) { Move(a, c); n = n-1; Swap(a, b); } } while (k>1);    36
  37. 37. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Chương 2 Bài toán liên quan tổ hợp 2.1 Phương pháp sinh Phương pháp sinh được áp dụng để giải quyết bài toán liệt kê của lý thuyết tổ hợp. Để áp dụng được phương pháp này thì bài toán phải thoả mãn hai điều kiện sau: o Có thể xác định được thứ tự trên tập các cấu hình tổ hợp cần liệt kê. Từ đó có thể xác định được cấu hình đầu tiên và cấu hình cuối cùng trong thứ tự đó. o Xây dựng được một thuật toán cho phép từ một cấu hình chưa phải cấu hình cuối, sinh ra được cấu hình kế tiếp của nó. Phương pháp sinh có thể được mô tả tổng quát như sau: <Xây dựng cấu hình đầu tiên> Do <Đưa ra cấu hình đang có> <Từ cấu hình đang có sinh ra cấu hình kế tiếp> While <Còn cấu hình or khác cấu hình cuối>2.1.1 Bài toán sinh dãy nhị phân độ dài n  Bài toán: một tập hợp hữu hạn có n phần tử có thể được biểu diễn tương đương với tập các số tự nhiên 1, 2, .., n. Bài toán đặt ra là: cho một tập hợp gồm n phần tử X = {X1, X2,.., Xn} hãy liệt kê tất cả các tập con của tập này. Để biểu diễn tập con Y của X ta dùng xâu nhị phân Bn = {B1, B2,.., Bn}, sao cho nếu Bi = 0 thì Xi∉ Y, ngược lại Bi = 1 thì Xi ∈ Y. Ví dụ như dãy 0011 của tập hợp gồm n thể hiện cho tập Y = {X3, X4} do phần tử B3 và B4 có giá trị là 1. Khi đó ta quy về bài toán liệt kê tất cả xâu nhị phân có kích thước n. Số các xâu nhị phân là 2n. 37
  38. 38. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Một dãy nhị phân x độ dài n là biểu diễn một số nguyên p(x) nào đó trong đoạn [0, 2n-1]. Do đó số các dãy nhị phân độ dài n = số các số nguyên ∈ [0, 2n-1] = 2n. Mục tiêu là lập một chương trình liệt kê các dãy nhị phân n phần tử theo thứ tự từ điển, có nghĩa là liệt kê dãy nhị phân biểu diễn các số nguyên theo thứ tự 0, 1,.., 2n-1. Khi n =3, các độ dài 3 được liệt kê như sau: p(x) 0 1 2 3 4 5 6 7 x 000 001 010 011 100 101 110 111 Khi đó dãy đầu tiên là: 000 và dãy cuối cùng là 111. Nhận thấy rằng nếu x là dãy đang có và phải là dãy cuối cùng thì dãy tiếp theo cần liệt kê chính là x cộng thêm 1 đơn vị trong hệ nhị phân! Ví dụ n = 6: Dãy đang có: 010000 Dãy đang có: 010111 Cộng thêm 1: +1 Cộng thêm 1: +1 ______ ______ Dãy mới: 010001 Dãy mới: 011000 Kỹ thuật sinh kế tiếp từ cấu hình hiện tại có thể mô tả như sau: xét từ cuối dãy lên từ hàng đơn vị tìm số 0 đầu tiên.  Nếu tìm thấy thì thay số 0 bằng số 1 và đặt tất cả phần tử phía sau vị trí đó bằng 0.  Nếu không tìm thấy thì toàn là dãy chứa 1, đây là cấu hình cuối cùng. Chương trình minh họa 1: chương trình C/C++ liệt kê chuỗi nhị phân n bit. int Stop; // biến toàn cục void Next_BS(int B[MAX], int n) // Hàm phát sinh chuỗi kế tiếp { int i = n; // duyệt từ cuối while (i>0 && B[i]) // lặp khi chưa tìm thấy B[i] ==0 { B[i] = 0; // gán các bit sau là 0 i--; // giảm về trước } if (i==0 ) Stop = 1; // cấu hình cuối nên không tìm được B[i] = 0 -> dừng 38
  39. 39. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN else B[i] = 1; // gán 1 cho B[i] } void Generate(int B[MAX], int n) // Hàm sinh chuỗi nhị phân { Stop = 0; while (! Stop) { Result(B,n); // xuất chuỗi nhị phân hiện tại Next_BS(B,n); // chuỗi nhị phân tiếp theo. } } void Result(int B[MAX], int n) { static int count=0; printf(“n Xau nhi phan thu %d”, ++count); for(int i=0; i < n;i++) printf(“%3d”, B[i]); } int main() { int i, B[MAX], n; printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”,&n); for(i=0; i< n; i++) B[i] =0; Generate(b, n); getch(); return 0; }2.1.2 Bài toán liệt kê tập con k phần tử  Phát biểu: Cho tập hợp X = {1, 2,.., n}. Hãy liệt kê tất cả tập con k phần tử của X. Mỗi tập con k phần tử của X cho thể biểu diễn như bộ thứ tự: a = (a1, a2,.., ak) thỏa mãn 1 ≤ a1 ≤ a2 ≤ ... ≤ ak ≤ n. Trên tập con k phần tử của X, ta định nghĩa thứ tự của các tập con như sau: Ta nói tập a = (a1, a2,.., ak) có thứ tự trước tập a’ = (a’1, a’2,.., a’k) theo thứ tự từ điển và ký hiệu là a < a’ nếu tìm được j sao cho: a1 = a’1, a2 = a’2..., aj-1 = a’j-1 và aj < a’j. Ví dụ với n = 5, k = 3, ta liệt kê 10 tập con của nó như sau: {{1,2,3},{1,2,4}{1,2,5}{1,3,4}{1,3,5}{1,4,5}{2,3,4}{2,3,5}{2,4,5}{3,4,5}} 39
  40. 40. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN + Ta thấy cấu hình đầu tiên là {1, 2..., k} + Cấu hình kết thúc là {n-k+1, n-k+2,.., n}. Nhận xét: chúng ta sẽ in ra tập con với các phần tử của nó theo thứ tự tăng dần. Biểu diễn tập con là một dãy a{a1, a2,..., ak} trong đó a1< a2 <...<ak. Ta nhận thấy giới hạn trên của ak là n, của ak-1 là n-1, của ak-2 là n-2. Tổng quát giới hạn trên của ai = n-k+i. Còn giới hạn dưới của của ai (giá trị nhỏ nhất ai có thể nhận) là ai-1 + 1. Như vậy nếu ta đang có một dãy x đại diện cho tập con, nếu x là cấu hình kết thúc thì có nghĩa tất cả các phần tử trong x đều đạt tới giới hạn trên thì quá trình sinh kết thúc. Nếu không thì phải phát sinh một dãy x tăng dần thỏa mãn đủ lớn hơn dãy x và không có dãy nào chen vào giữa hai dãy theo thứ tự từ điển. Ví dụ: n = 9, k = 6, cấu hình đang có <1, 2, 6, 7, 8, 9>, các phần tử a3 ⇒ a6 đã đạt đến giới hạn nên ta không thể tăng các phần tử này được, ta phải tăng a 2 từ 2 lên thành 3. Được cấu hình mới là <1, 3, 6, 7, 8, 9> cấu hình này thoả mãn lớn hơn cấu hình cũ, nhưng chưa thoả mãn tính chất vừa đủ lớn do đó ta phải thay a3, a4, a5, a6 bằng giới hạn dưới của nó như sau: a3 = a(3-1= 2) + 1 = 3 + 1 = 4 a4 = a(4-1= 3) + 1 = 4 + 1 = 5 a5 = a(5-1= 4) + 1 = 5 + 1 = 6 a6 = a(6-1= 5) + 1 = 6 + 1 = 7 Vậy cấu hình tiếp theo <1, 3, 4, 5, 6, 7> là cấu hình cần tìm. Do đó muốn xác định cấu hình tiếp ta thấy a6 = 7 chưa đạt đến giới hạn ta chỉ cần tăng a6 lên một là được cấu hình tiếp theo: <1, 3, 4, 5, 6, 8>. Vậy kỹ thuật sinh tập con kế tiếp từ tập x đã có có thể xây dựng như sau: Tìm từ cuối lên đầu dãy cho tới khi gặp phần tử ai chưa đạt đến giới hạn n-k+i.  Nếu tìm thấy: o Tăng ai đó lên 1. o Đặt tất cả phần tử phía sau ai bằng giới hạn dưới.  Nếu không tìm thấy tức là phần tử đã đạt giới hạn trên, đây là cấu hình cuối cùng. Kết thúc thuật toán. Chương trình minh họa 2: liệt kê tập con k phần tử của n. 40
  41. 41. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN int A[MAX], Stop, n ,k; void Next_SubSet() { int i,j; i = k; // duyệt từ cuối dãy // lặp khi chưa tìm được phần tử chưa tới giới hạn while (i >0 && A[i] == n-k+i) i--; // duyệt về đầu if ( i > 0) { A[i] = A[i] +1; // tăng một đơn vị // cho các phần tử còn lại qua giới hạn dưới for(j = i+1; j <= k; j++) A[j] = A[j-1]+ 1 } else Stop = 1; // kết thúc phát sinh cấu hình } void GenerateSet() { Stop = 0; while (!Stop) { Result(); // xuất cấu hình hiện tại Next_SubSet(); // qua cấu hình khác } } void Result() { static int count=0; printf(“Tap con thu %d”, ++count); for(i=1; i <=k; i++) printf(“%3d”, A[i]); } int main() { printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”, &n); printf(“Nhap k: ”); scanf(“%d”, &k); for(int i=1; i <= n;i++) A[i] = i; GenerateSet(); getch(); return 0; 41
  42. 42. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN }2.1.3 Bài toán liệt kê các hoán vị  Bài toán: Cho tập hợp X = {1, 2, ..., n}, hãy liệt kê tất cả hoán vị của X. Mỗi hoán vị n phần tử của tập X có thể biểu diễn bởi bộ có thứ tự gồm n thành phần a = {a 1, a2,.., an} thoả ai ∈ X; i = 1, 2, .., n; ap ≠ aq nếu p ≠ q. Trên các tập hoán vị của X ta định nghĩa thứ tự của các hoán vị như sau: a = (a1, a2,..., an) được gọi là có thứ tự trước hoán vị a’=(a’1,a’2,..,a’n). Có ký hiệu a < a’ nếu tìm được chỉ số k sao cho. a1 = a’1, a2 = a’2,..., ak-1 = a’k-1, ak <a’k. Ví dụ X = {1, 2, 3, 4} khi đó thứ tự hoán vị n = 4 được liệt kê như sau: {{1, 2, 3, 4}, {1, 2, 4, 3}, {1, 3, 2, 4} {1, 3, 4, 2} {1, 4, 2, 3} {1, 4, 3, 2} {2, 1, 3, 4}, {2, 1, 4, 3}, {2, 3, 1, 4} {2, 3, 4, 1} {2, 4, 1, 3} {2, 4, 3, 1} {3, 1, 2, 4}, {3, 1, 4, 2}, {3, 2, 1, 4} {3, 2, 4, 1} {3, 4, 1, 2} {3, 4, 2, 1} {4, 1, 2, 3}, {4, 1, 3, 2}, {4, 2, 1, 3} {4, 2, 3, 1} {4, 3, 1, 2} {4, 3, 2, 1}} Hoán vị đầu tiên là: {1, 2, ..., n-1, n} và hoán vị cuối cùng là {n, n-1,..,2, 1}. Khi đó hoán vị kế tiếp sinh ra phải lớn hơn hoán vị hiện tại, và hơn nữa nó phải đủ lớn hơn hoán vị hiện tại theo nghĩa không có hoán vị nào khác chen vào giữa nó khi sắp theo thứ tự từ điển. Giả sử có hoán vị sau: <3, 2, 6, 5, 4, 1>, ta xét 4 phần tử cuối cùng, do chúng được sắp theo thứ tự giảm dần. Khi đó ta hoán vị 4 giá trị này thì cũng chỉ được hoán vị nhỏ hơn hoán vị hiện tại. Như vậy ta phải xét đến a2 = 2, ta phải thay giá trị này, nhưng thay giá trị nào? ta không thể thay bằng 1 vì nếu như vậy sẽ được hoán vị nhỏ hơn, không thể thay bằng 3 vì giá trị này đã có rồi a1 = 3 (phần tử sau không được chọn vào những giá trị xuất hiện ở phần tử trước). Chỉ còn lại giá trị 4, 5, 6. Vì cần một hoán vị đủ lớn nên ta chọn a2 = 4. Còn các giá trị a3, a4, a5, a6 sẽ lấy trong tập {2, 6, 5, 1}. Cũng do tính chất vừa đủ lớn nên ta sẽ tìm biểu diễn nhỏ nhất của 4 số này để gán cho a3, a4, a5, a6, là <1, 2, 5, 6> vậy ta được hoán vị mới là <3, 4, 1, 2, 5, 6> Nhận xét: đoạn cuối của hoán vị hiện tại được sắp giảm dần. số a5 là 4 là số nhỏ nhất trong đoạn cuối lớn hơn a2 = 2. Nếu đổi chỗ a5 cho a2 thì ta được a2 = 4 và đoạn cuối vẫn được xếp giảm dần là <6, 5, 2, 1> khi đó muốn biểu diễn nhỏ nhất cho các giá trị trong đoạn cuối thì ta chỉ cần đảo ngược đoạn cuối. 42
  43. 43. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Ví dụ trong hoán vị hiện tại <2, 1, 3, 4> có hoán vị kế tiếp là <2, 1, 4, 3>. Ta có thể xem <2, 1, 3, 4> có đoạn cuối giảm dần là một phần tử <4>. Vậy kỹ thuật sinh hoán vị kế tiếp từ hoán vị hiện tại có thể xây dựng như sau: Xác định đoạn cuối giảm dần dài nhất, tìm phần tử ai đứng trước đoạn cuối đó. Điều này đồng nghĩa với việc tìm từ vị trí sát cuối dãy lên đầu, gặp chỉ số i đầu tiên thoả mãn ai < ai+1.  Nếu tìm thấy chỉ số i như trên: trong đoạn cuối giảm dần, tìm phần tử a k nhỏ nhất thoả mãn ak > ai. Do đoạn cuối giảm dần nên thực hiện bằng cách từ cuối dãy lên đầu gặp chỉ số k đầu tiên thoả ak > ai. o Đảo giá trị ak và ai. o Lật ngược thứ tự đoạn cuối giảm dần (ai+1 đến ak) trở thành tăng dần  Nếu không tìm thấy tức là dãy giảm dần, đây là cấu hình cuối cùng. Chương trình minh họa 3: Liệt kê hoán vị n phần tử. int n, P[MAX], Stop; void Next_Permutation() { int j, k; j = n -1; while (j>0 && P[j]> P[j+1]) j--; if (j == 0) Stop = 1; else { k = n; while (P[j] > P[k]) k--; Swap(P[j], P[k]); l = j+1; r = n; while (l < r) { Swap(P[l], P[r]); l++; r--; } }// end else } void Permutation() 43
  44. 44. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN { Stop = 0; while (! Stop) { Result(); Next_Permutation(); } } void Result() { static int count=0; printf(“n Hoan vi thu %d”, ++count); for(int i=1; i <= n; i++) printf(”%3d”, P[i]); } int main() { printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”, &n); for(int i=1; i <= n; i++) P[i] = i; return 0; } 44
  45. 45. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN2.2 Thuật toán quay lui (Back Tracking) Thuật toán quay lui dùng để giải quyết các bài toán liệt kê các cấu hình. Phương pháp sinh trong phần trước cũng được giải quyết cho các bài toán liệt kê khi nhận biết được cấu hình đầu tiên của bài toán. Tuy nhiên, không phải bất cứ cấu hình sinh kế tiếp nào cũng có thể sinh một cách đơn giản từ cấu hình hiện tại. Do đó thuật toán sinh kế tiếp chỉ giải quyết được cái bài toán liệt kê đơn giản. Để giải quyết những bài toán tổ hợp phức tạp, người ta dùng thuật toán quay lui. Nội dung chính của thuật toán quay lui: Xây dựng dần dần các thành phần của cấu hình bằng cách thử tất cả các khả năng có thể xảy ra. Giả sử cấu hình cần liệt kê có dạng x = (x 1, x2,..,xn) khi đó thuật toán quay lui thực hiện qua các bước: 1. Xét tất cả những giá trị có thể có của x1, thử cho x1 nhận lần lượt các giá trị đó. Với mỗi giá trị thử gán cho x1 ta sẽ làm tiếp như sau: 2. Xét tất cả giá trị x2 có thể nhận, lại thử cho x2 nhận lần lượt các giá trị đó. Với mỗi giá trị x2 ta lại xét lần lượt những giá trị của x 3... cứ tiếp tục như vậy cho đến bước n. 3. Xét giá trị có thể nhận cho xn, thử cho xn lần lượt nhận những giá trị đó, thông báo những cấu hình tìm được như (x1, x2,..., xn). Tóm lại thuật toán quay lui liệt kê các cấu hình n phần tử dạng x = (x1, x2,.., xn) bằng cách thử cho x1 nhận lần lượt các giá trị có thể được. Với mỗi giá trị thử gán cho x1 thì bài toán trở thành liệt kê tiếp cấu hình n-1 phần tử x = (x2, x3,.., xn). 45
  46. 46. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Gốc Khả năng chọn x1 Khả năng chọn x2 với x1 đã chọn Khả năng chọn x3 với x1 và x2 đã chọn Hình 3.1: Liệt kê các lời giải theo thuật toán quay lui. Mô hình chung của thuật toán quay lui xác định thành phần thứ i được mô tả tổng quát như sau: (thuật toán này thử cho xi nhận lần lượt những giá trị mà nó có thể nhận). void Try(int i) { for <mọi giá trị v có thể gán cho x[i]> do { <Thử cho x[i] bằng giá trị v> if <x[i] là phần tử cuối cùng trong cấu hình hoặc i==n> then <Thông báo cấu hình tìm được> else { <Ghi nhận việc cho x[i] nhận giá trị v (nếu cần thiết)> Try(i+1); // gọi đệ quy cho tiếp chi x[i+1]. <Nếu cần thì bỏ ghi nhận việc thử x[i]:= v để thử giá trị khác> } } } Thuật toán quay lui sẽ bắt đầu bằng lời gọi Try(1). 46
  47. 47. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN2.2.1 Thuật toán quay lui liệt kê dãy nhị phân n Biểu diễn dãy nhị phân độ dài n dưới dạng x = (x1, x2,..., xn) trong đó xi nhận các giá trị là {0, 1}. Với mỗi giá trị gán cho xi ta lại thử gán các giá trị có thể có cho xi+1. Thuật toán quay lui được viết như sau: void Try(int i, int B[MAX], int n) { int j; for(j=0; j <= 1; j++) { B[i] = j; if (i == n) Result(B, n); else Try(i+1, B, n); } } void Result(int B[MAX], int n) { int i; printf(“n”); for(i=1; i <= n; i++) printf(“%3d”, B[i]); } int main() { int n, B[MAX]; printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”, &n); for(int i=1; i <= n; i++) // khởi tạo cho mảng B B[i] = 0; Try(1, B, n); // gọi thuật toán quay lui return 0; } Khi n = 3, cây tìm kiếm quay lui như sau: 47
  48. 48. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Try(1) x1 = 0 x1 = 1 Try(2) Try(2) x2 = 0 x2 = 1 x2 = 0 x2 = 1 Try(3) Try(3) Try(3) Try(3) x3 = 0 x3 = 1 x3 = 0 x3 = 1 x3 = 0 x3 = 1 x3 = 0 x3 = 1 000 001 010 011 100 101 110 111 Hình 3.2: Cây tìm kiếm quay lui trong bài toán liệt kê dãy nhị phân.2.2.2 Thuật toán quay lui liệt kê tập con k phần tử Để liệt kê tập con k phần tử của tập S = {1, 2, ..., n} ta có thể đưa về liệt kê các cấu hình x = (x1, x2,.., xn) ở đây xi ∈ S và x1 < x2 < ...< xn. Từ đó giá trị được chọn cho xi là xi-1 + 1 cho đến n –k+i (1 ≤ i ≤ k ), giả thiết có thêm số x0 = 0 khi xét i =1. Như vậy xét tất cả cách chọn x1 từ 1 (x0 +1) đến n-k+1, với mỗi giá trị đó, xét tiếp tất cả cách chọn x2 từ x1+1 đến n-k+2...cứ như vậy khi chọn được x k thì ta có cấu hình cần liệt kê. Với trường hợp n = 5 {1, 2, 3, 4, 5} và k = 3 thuật toán quay lui liệt kê tập con k phần tử được minh họa như sau: 48
  49. 49. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN N = 5; k = 3 1 2 3 2 3 4 3 4 4 3 4 5 4 5 5 4 5 5 5 Hình 3.3: Cây liệt kê tập con 3 phần tử với n = 5. Chương trình quay lui liệt kê tập k phần tử: void Try(int i, int B[MAX], int k, int n) { int j; for(j = B[i-1] + 1; j <= (n-k+i); j++) { B[i] = j; if (i == k) Result(B, k); else Try(i+1, B, k, n); } } void Result(int B[MAX], int k) { static int count=0; printf(“Tap con thu %d: ”, ++count); for(i=1; i <= k; i++) printf(“%3d”, B[i]); } int main() { int n, k, B[MAX]; printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”,&n); printf(“Nhap k: ”); scanf(“%d”, &k); B[0] = 0; 49
  50. 50. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN Try(1, B, k, n); return 0; }2.2.3 Thuật toán quay lui liệt kê hoán vị n phần tử Biểu diễn hoán vị dưới dạng p1, p2,.., pn, trong đó pi nhận giá trị từ 1 đến n và p i ≠ pj với i ≠ j. Các giá trị từ 1 đến n được đề cử cho p i, trong đó giá trị j được chấp nhận nếu nó chưa được dùng trước đó. Do đó cần phải ghi nhớ xem giá trị j đã được dùng chưa. Ta thực hiện điều này bằng một mảng B, trong đó Bj = true nếu j chưa được dùng và ngược lại. Đầu tiên các giá trị trong B này phải được khởi tạo là true, sau khi gán j cho xi thì ghi nhận Bj = false, sau khi gọi xong thủ tục Try(i+1) thì thiết lập lại Bj = true, để đánh dấu nó chưa được dùng để cho bước thử tiếp theo. n=3 1 2 3 2 3 1 3 1 2 3 2 3 1 2 1 Hình 3.4: Cây liệt kê hoán vị 3 phần tử Chương trình quay lui liệt kê hoán vị m phần tử: void Try(int i, int P[MAX], int B[MAX], int n) { int j; for(j = 1; j <= n; j++) if (B[j] == 1) 50
  51. 51. Giáo trình Kỹ thuật lập trình 2 Khoa CNTT – ĐH KTCN { P[i] = j; B[j] = 0; // đánh dấu đã sử dụng j if (i == n) result(P, n); // xuất kết quả else Try(i+1, P, B, n); // thử cho bước tiếp theo B[j] = 1; // bỏ đánh dấu phần đã sử dụng j } } void Result(int P[MAX], int n) { static int count=0; printf(“Hoan vi thu %d”, ++count); for(int i=1; i<= n; i++) printf(”%3d”, P[i]); } int main() { int P[MAX], B[MAX], n; printf(“Nhap n: ”); scanf(“%d”, &n); for(int i=1; i <=n; i++) B[i] = 1; Try(1, P, B, n); return 0; }2.2.4 Bài toán sắp xếp quân Hậu Yêu cầu: cho một bàn cờ vua nxn, hãy liệt kê cách sắp xếp n quân hậu sao cho các quân hậu không ăn được nhau! Quân hậu trên bàn cờ có thể ăn quân khác trên cùng hàng, cùng cột hoặc cùng đường chéo. Phân tích: các quân hậu sẽ được sắp trên các dòng khác nhau do chúng có thể ăn theo hàng ngang. Để dễ phân tích ta mô tả quân hậu theo dòng; quân hậu 1 ở dòng 1, quân hậu i ở dòng i…Do mỗi quân hậu chắc chắn nằm trên các dòng khác nhau nên ta chỉ cần xác định vị trí cột của mỗi quân hậu là xong. Tiếp theo ta xét những ràng buộc theo đường chéo, có hai đường chéo: o Chéo “”: theo hướng Trên Trái - Dưới Phải o Chéo “/”: theo hướng Trên Phải - Dưới Trái 51

×