第四章:鬼谷出山,动态规划

一眼春秋,望穿风云。

第四章:鬼谷出山,动态规划


第一幕:鬼谷子出山,魏国请圣

魏国,大梁城,云梦算法阁。

阁高九层,飞檐斗拱,最顶层终年云雾缭绕,寻常人不得入。传闻此阁中住着一位算法圣人——鬼谷子,已闭关三十年,参悟《鬼谷算法》最后一重。

今日,云梦阁前,魏惠王亲率百官跪候。

“求鬼谷圣人出山,救魏国于危难!”

魏惠王三拜九叩,身后庞涓伏地不起,额头抵着青石,血迹斑斑。

“弟子无能,败于齐国王子姬玄,损魏国威名,请师尊责罚!”

良久,阁顶云雾散开一道缝隙,传来苍老声音:

“姬玄…得《九章算法》第一卷,破你三阵?”

“是。” “用何法破你‘最小割’阵?” “他…他临时增设虚节点,绕过最小割。”

阁顶沉默片刻,忽有笑声:“倒是个聪明孩子。进来。”

庞涓大喜,连滚爬入阁中。

顶层无桌无椅,只有满地算法符文流动如河。中央蒲团上,坐着一位麻衣老者,须发皆白,但双目清澈如婴童——正是鬼谷子。

“你败得不冤。”鬼谷子缓缓道,“你学的是‘死算法’,他用的却是‘活思维’。”

“求师尊指点!” “算法之道,分三重境界。”鬼谷子伸出一指,“第一重:记算法,知其然;第二重:懂原理,知其所以然;第三重:无算法,万物皆可为算法。”

他看向西方,目光似穿透千里:“这个姬玄…已摸到第三重门槛。”

庞涓骇然:“他才多大?!” “天赋,与年纪无关。”鬼谷子起身,“也罢,老夫闭关三十载,也该活动活动筋骨了。”

他袖袍一挥,地面符文汇聚成一张中原地图

“齐伐魏,必走两条路:一为西线经桂陵,二为北线过马陵。”鬼谷子指点地图,“你可知,姬玄会走哪条?”

庞涓沉吟:“按常理,应走桂陵,地势平缓,粮草易运。” “所以他不走桂陵。”鬼谷子微笑,“他会走马陵。”

“为何?马陵道险,易中埋伏!” “正因易中埋伏,才要走。”鬼谷子眼中闪过精光,“他已猜到我会在桂陵布阵,故而反其道行之。此子…善用‘逆向思维’。”

庞涓恍然:“那我们在马陵设伏?” “不。”鬼谷子摇头,“我们在两条路都设伏。”

他指尖在地图上划出复杂路径:“此乃‘动态规划伏击网’——无论他走哪条路,我们都能以最优兵力调度应对。”


第二幕:齐国点兵,背包难题

齐国,临淄,校场。

十万大军列阵,旌旗蔽日。姬玄一身银甲,腰悬玉笔,立于点将台上。身旁芈月白衣胜雪,手持楚国“凤鸣算盘”。

田忌呈上军册:“殿下,粮草已备:粟米三十万石,草料二十万车,箭矢一百万支…但运输车辆有限,只能载重八万石。”

姬玄皱眉:“十万大军,日耗粟米五千石,三十万石仅够六十日。若战事拖延…”

“还有更大问题。”后勤官苦脸,“车辆还要运箭矢、帐篷、药材…如何分配载重,才能最大化战力?”

这分明是经典的背包问题(Knapsack Problem)!

物品:粮草、箭矢、帐篷、药材… 重量:各不相同 价值:对战斗力的贡献度不同 背包容量:车辆总载重八万石

需选择物品组合,使总价值最大。

台下将领议论纷纷: “当然先运粮草!没饭吃打什么仗?” “箭矢重要!守城进攻都要用!” “帐篷呢?将士露宿生病怎办?”

姬玄抬手,全场静下。

“此乃‘多维背包问题’,”他朗声道,“不是简单取舍,而要动态规划优化。”

他在空中画出表格:

定义 dp[i][w]:前i种物品,总重量不超过w时的最大价值
状态转移:
dp[i][w] = max(
    dp[i-1][w],                       // 不选第i种
    dp[i-1][w-weight[i]] + value[i]   // 选第i种
)

但现实更复杂——物品分类别:粮草是消耗品,随时间减少价值;箭矢可回收部分;帐篷多人共用…

芈月轻声道:“可用‘分组背包’思路,每类物品内选最优组合,再类间优化。”

姬玄点头,二人联手推演。

第三章:图论杀局,临淄风云

一眼春秋,望穿风云。

第三章:图论杀局,临淄风云


第一幕:急报惊变,算法反噬

暮色如血,马车在官道上飞驰,车轮碾起滚滚烟尘。

车内,姬玄握着临淄急报的手微微颤抖。竹简上只有八个字,却字字惊心:

“王遭反噬,危,速归,忌”

“田忌将军的笔迹,”姬玄声音沙哑,“父王…怎会算法反噬?”

芈月凝眉:“齐王修的是《齐民算法》,以稳著称,按理不该…”

“除非有人动了手脚。”姬玄眼中寒光一闪,“我离城不过五日,父王就出事…太巧了。”

车外,田忌策马并行:“殿下,太医诊断,大王中的是‘递归栈溢出毒’——有人在大王修炼的算法典籍中,植入了无限递归陷阱。”

“无限递归…”姬玄闭目,脑中飞速分析,“需要《九章算法》中的‘栈帧修复术’…但第一卷中并无此术。”

芈月急道:“那怎么办?” “第二卷,”姬玄睁眼,“《九章算法》第二卷‘方程’,专解异常状态。但第二卷…在魏国算法库。”

田忌脸色一变:“魏国?庞涓的魏国?”

话音未落——

“咻咻咻!”

前方官道两侧树林,箭如雨下!

“敌袭!结阵!”田忌大吼。

三百齐兵瞬间结成圆阵,盾牌高举,箭矢叮当落下。

但这不是普通箭矢——箭头上刻着算法符文,落地即触发!

“轰!轰!轰!”

地面炸开,符文交织成巨型有向图,将车队困在中央!

姬玄掀开车帘,瞳孔骤缩。

前方官道上,庞涓摇扇而立,笑容温和如旧。他身旁站着八名黑袍阵师,各持算筹,正在构建阵法。

“庞先生,”姬玄冷冷道,“这就是魏国的待客之道?”

庞涓拱手:“七王子误会。庞某此行,是为…借《九章算法》一观。只要殿下交出玉简,立刻放行,还赠‘方程卷’救齐王。”

“若我不给呢?” “那…”庞涓笑容转冷,“只好请殿下…永远留在此地了。”

他扇子一挥:“起阵!”

八名阵师同时划动算筹,空中浮现巨大光图——

【图论杀阵·最短路径封锁】

**【描述】:以车队为起点,临淄为终点,官道为边,设权重障碍】

**【效果】:所有从起点到终点的路径,权重皆被修改为无穷大】

【实质】:让你们找不到任何可行回家之路】

姬玄瞬间看透:“你想用负权环修改边权重,使所有路径不可达?”

“殿下果然通透。”庞涓笑道,“此阵名‘狄杰斯特拉之困’——任你算法再高,找不到最短路径,就只能困死阵中。”

田忌怒吼:“庞涓!你魏国要与我齐国开战吗?!”

“开战?”庞涓摇头,“不不,这只是…算法切磋。姬玄殿下若破不了阵,便是学艺不精,死于阵中,与我魏国何干?”

他顿了顿:“当然,若殿下愿归顺魏国,庞某可亲自护送殿下回临淄,还奉上《九章算法·第二卷》。”

赤裸裸的威胁。


第二幕:破阵之思,最短路径之争

姬玄跳下马车,走向阵法边缘。

地面上的有向图复杂无比:

  • 节点:三十六处关键路口
  • 边:七十二段官道
  • 初始权重:道路长度(已知)
  • 当前权重:部分边被修改为无穷大(∞)

芈月跟上来:“此阵用狄杰斯特拉算法(Dijkstra)原理,修改边权破坏连通性…可有解法?”

“有,”姬玄盯着阵法,“狄杰斯特拉算法有两个弱点:一、不能处理负权边;二、贪心选择可能不是全局最优。”

他大脑飞转:“庞涓引入‘负权环’,让某些边权重临时变负,诱导算法走错路…但负权环本身,就是破绽。”

田忌急道:“殿下,如何破?强冲吗?”

“强冲必死,”姬玄摇头,“此阵隐含‘优先级队列’——谁先动,谁先被重点攻击。”

他盘膝坐下,取出玉笔,在地上快速推演。

第一步:建模 将三十六节点编号,七十二边列出,初始权重记为w₀。

第二步:检测负权环 “狄杰斯特拉怕负权…那就用贝尔曼-福特算法(Bellman-Ford)!”姬玄眼中精光一闪。

贝尔曼-福特可处理负权,且能检测负权环!

他快速写出算法框架:

class 路径破解 {
    int[] 最短距离;
    int[] 前驱节点;
    
    boolean 贝尔曼福特(int 节点数, 边[] 边集, int 起点) {
        最短距离 = new int[节点数];
        Arrays.fill(最短距离, Integer.MAX_VALUE);
        最短距离[起点] = 0;
        
        // 松弛操作 V-1 轮
        for (int i = 1; i < 节点数; i++) {
            for (边 e : 边集) {
                if (最短距离[e.起点] != Integer.MAX_VALUE 
                    && 最短距离[e.起点] + e.权重 < 最短距离[e.终点]) {
                    最短距离[e.终点] = 最短距离[e.起点] + e.权重;
                    前驱节点[e.终点] = e.起点;
                }
            }
        }
        
        // 检测负权环:再松弛一轮,若还能更新,则有负权环
        for (边 e : 边集) {
            if (最短距离[e.起点] != Integer.MAX_VALUE 
                && 最短距离[e.起点] + e.权重 < 最短距离[e.终点]) {
                return true; // 存在负权环
            }
        }
        return false;
    }
}

第三步:逆向利用 “检测到负权环后…”姬玄嘴角微翘,“不是消除它,而是放大它!”

第二章:九章迷宫,群雄逐鹿

一眼春秋,望穿风云。

第二章:九章迷宫,群雄逐鹿


第一幕:金光现世,秘境开启

姬玄在算法殿一战成名后的第七日。

子时三刻,万籁俱寂。

齐国稷下学宫旧址,荒废三百年的演算法坛,突然震动。

“轰隆隆——”

九道金色光柱自地底冲天而起,直破云霄!光柱在夜空中交织,竟构成九个巨大篆字:

“九章算法·第一卷”

金光映照半个临淄城,无数算法修士从梦中惊醒,披衣推窗,目瞪口呆。

“九章迷宫…开启了!” “上古算法秘境!得之可成圣人!” “快!禀报大王!”

姬玄正在府中参悟新得的《算法导论》,系统突然狂响:

【紧急!上古秘境开启!】

**【名称】:九章迷宫】

**【层级】:九层,对应《九章算法》九卷】

**【当前开启】:第一卷“方田”迷宫】

**【核心算法】:面积计算、最大子矩阵】

**【危险等级】:★★★★☆】

【传闻】:迷宫中藏有“算圣”刘徽真传】

几乎同时,侍从撞门而入:“殿下!稷下学宫异象!大王急召!”

姬玄收功睁眼,眼中闪过精光。

终于来了。


算法殿,灯火通明。

齐威王面色凝重:“九章迷宫三百年一开,每次开启,列国天骄死伤过半。但…得其中一卷者,必成一代宗师。”

他看向姬玄:“玄儿,你前日展现算法天赋,此机缘…你可愿争?”

殿内众臣神色复杂。有人嫉妒,有人担忧,有人幸灾乐祸。

姬玄拱手:“儿臣愿往。” “好!”齐威王拍案,“田忌将军率三百精兵护卫,淳于髡先生为算法顾问,七王子姬玄…为我齐国主探!”

“报——!”又一侍从冲入,“秦、楚、魏、赵、韩、燕六国使团连夜出城,皆往稷下!”

齐威王冷笑:“果然都坐不住。玄儿,此行凶险,记住——算法可输,性命要保。”

姬玄点头,心中却道:算法,我也不会输。


第二幕:迷宫入口,群雄聚首

稷下学宫旧址,已成人海。

九道光柱汇聚处,一座青铜巨门缓缓升起,门上刻满算法符文:

【九章迷宫·第一卷·方田】
【入内须知】:
1. 迷宫共九层,每层一道算法题
2. 解题正确可入下一层,错误触发机关
3. 最先抵达第九层者,得《九章算法·第一卷》
4. 生死自负,算法为凭

门前空地,列国天骄分立。

秦国阵营: 嬴驷(秦国太子)居中,商鞅立于侧,身后跟着十名黑衣算法死士。 嬴驷冷冷扫视众人:“《九章算法》乃我大秦必得之物,诸位…莫要自误。”

楚国阵营: 芈月一袭白衣,腰佩递归玉佩,身后八名楚女手持算筹阵图。 她目光扫过姬玄时,微微一顿,随即移开。

魏国阵营: 一名青衫文士摇着羽扇,正是魏国第一天才——庞涓。 他笑眯眯对姬玄拱手:“七王子殿下,前日交易,魏王已准。庞某此行…还望殿下多多关照。”

姬玄微笑还礼,心中警惕——此人笑里藏刀,史书称其“妒才”,需小心。

赵、韩、燕等国亦有高手到场,个个气息深沉。

“嗡——”

青铜巨门洞开,露出幽深通道。

商鞅突然朗声道:“既是算法比拼,何不设个彩头?哪国最先有人抵达第九层,其余六国…各输城池一座!”

全场哗然!

嬴驷接话:“可。秦国若输,割让函谷关外三城!” 芈月清冷道:“楚国若输,让出云梦泽算法秘境。” 庞涓笑道:“魏国若输…送上‘优先队列’秘法全卷。”

众人看向姬玄。

姬玄摸摸鼻子:“齐国若输…我当众承认,我是靠作弊赢的商君。”

“你!”商鞅大怒。

“开玩笑的。”姬玄正色,“齐国若输,献上‘阴阳双链诀’专利,永不再用。”

“好!”嬴驷眼中闪过贪婪,“立天道誓约!”

第一幕:算法朝会,秦使发难

一眼春秋,望穿风云。

第一章:链表分治,初露锋芒


第一幕:算法朝会,秦使发难

齐国,临淄城,算法殿。

晨光透过雕花木窗,在青石地面上投下斑驳光影。大殿中央,一丈见方的水镜悬浮空中,波纹流转——正是列国敬畏的“天机算法系统”。

齐威王端坐龙纹宝座,眉宇间隐现忧色。殿下文武分立两侧,左侧以宰相邹忌为首,右侧以上将军田忌为尊。

“诸位爱卿,”齐威王声音低沉,“天机系统已出今日之题。谁能解之,赏千金,封上卿!”

水镜波纹骤变,浮现金色篆文:

【王诏·链表分封令】

【场景】:秦王点兵改制,甲士营将士依序而列,各佩功勋数

【龙门线】:阈值 叁

【改制令】:功勋小于伍 者立左阵,大于等于伍者立右阵

【铁律】:左、右阵中,诸将士初始前后次序不可乱

【当前最佳解法】:秦相商鞅之’两度遍历册录法’】

请看图 “哈哈哈!”

一声长笑打破沉寂。黑袍秦使踏前一步,腰间玉佩叮当作响,正是秦国第一算法大师——商鞅。

“齐王陛下,”商鞅拱手,眼中却无半分敬意,“我大秦‘双重遍历法’,虽复杂度略高,但堂堂正正,势如破竹!不知齐国可有更高明解法?”

他袖袍一挥,水镜显现解法:

/** 
**【题目:链表分区】**

**【描述】:给定单链表头结点 head 与整数 x,请分隔链表,使所有小于 x 的节点皆在大于等于 x 的节点之前**

**【约束】:须保持节点初始相对位置**

**【当前最佳】:时间复杂度 O(n²),空间复杂度 O(n),提供者——秦使商鞅】**
输入:head = [1,4,3,2,5,2], x = 3
输出:[1,2,2,4,3,5]

示例 2:
输入:head = [2,1], x = 2

输出:[1,2]

提示:

链表中节点的数目在范围 [0, 200] 内
-100 <= Node.val <= 100
-200 <= x <= 200
*/
// 秦国解法:双重遍历法
public ListNode partition(ListNode head, int x) {
    // 第一次遍历:收集所有小于x的节点
    List<ListNode> smallList = new ArrayList<>();
    ListNode p = head;
    while (p != null) {
        if (p.val < x) smallList.add(p);
        p = p.next;
    }
    
    // 第二次遍历:收集所有大于等于x的节点  
    List<ListNode> largeList = new ArrayList<>();
    p = head;
    while (p != null) {
        if (p.val >= x) largeList.add(p);
        p = p.next;
    }
    
    // 拼接新链表
    ListNode dummy = new ListNode(-1);
    ListNode curr = dummy;
    for (ListNode node : smallList) {
        curr.next = node;
        curr = curr.next;
    }
    for (ListNode node : largeList) {
        curr.next = node;
        curr = curr.next;
    }
    curr.next = null;
    
    return dummy.next;
}

“两次遍历,两个列表,”商鞅傲然道,“虽非最优,却稳妥可靠。此乃我大秦治国之道——步步为营,稳中求胜!”

算法数据结构

万物皆结构,万法归算法

「算法与数据结构真解」

以算法思想与数据结构为核心,贯穿不同编程语言的实现。这里不问语言门派,只探算法本源。


「数据结构篇」· 万物皆结构

📊 「刷题一统春秋」

📊 「线性结构」

「数组与链表」:内存的连续与离散之美
  • C 列表实战 —— 从指针到链表的演练记录。
  • 计划:动态数组扩容策略、双向链表实现比较
「栈与队列」:后进先出与先进先出的哲学
  • 计划:递归调用栈剖析、消息队列应用场景
  • 计划:双端队列的妙用、优先队列实现方案

🌳 「树形结构」

「二叉树」:二分思想的具象化
  • 计划:二叉搜索树增删查、AVL树旋转平衡
  • 计划:红黑树原理图解、B树在数据库中的应用
「堆结构」:优先级的艺术
  • 计划:二叉堆实现、堆排序的原地版本
  • 计划:Top K 问题的多种解法对比

🔑 「哈希世界」

「哈希表」:从键到值的瞬间映射
  • 计划:哈希冲突解决策略、布谷鸟哈希原理
  • 计划:一致性哈希在分布式系统中的运用

🕸️ 「图论基石」

「图的表示」:邻接矩阵与邻接表的抉择
  • 路线规划 —— Grid-Based Route (Re-)Planning
  • 计划:稠密图与稀疏图的存储优化

「算法篇」· 思维的模式

🔍 「搜索算法」

「深度优先」:一条路走到黑的探索
  • 计划:回溯法解数独、排列组合问题模板
「广度优先」:层层递进的扩张
  • 计划:最短路径问题、状态空间搜索

🔄 「排序算法」

「比较排序」:基于比较的秩序建立
  • 计划:快速排序优化、归并排序的迭代实现
  • 计划:堆排序的建堆技巧
「非比较排序」:突破O(nlogn)的界限
  • 计划:计数排序的适用场景、基数排序的位数处理

🧩 「动态规划」

「经典模型」:从斐波那契到背包问题
  • 计划:状态定义技巧、状态转移方程推导
  • 计划:背包九讲精要、区间DP的遍历顺序
「字符串DP」:编辑距离与最长公共子序列
  • 计划:DNA序列比对中的DP应用

⚡ 「贪心算法」

「局部最优」:何时贪心能得全局最优
  • 计划:区间调度问题、霍夫曼编码构造

✂️ 「分治思想」

「大事化小」:递归分解的艺术

  • 计划:最近点对问题、矩阵乘法的Strassen算法

「高级专题」· 思想的融合

🎯 「算法设计范式」

「双指针」:相向而行的智慧
  • 计划:滑动窗口模板、快慢指针判环
「位运算」:0与1的魔法
  • 计划:状态压缩技巧、位操作优化

📈 「复杂度分析」

「时间空间」:算法效率的度量衡

  • 计划:主定理的应用、均摊分析实例

「实战演练」· 知行合一

💻 「LeetCode精讲」

「高频题目」:面试常考题型深度解析
  • 计划:每题多语言实现、多种解法对比
  • C语言趣味算法 —— 汉诺塔、百鸡百钱、常胜将军、约瑟夫环。

🏆 「竞赛算法」

「ACM模板」:竞赛常用算法模板库
  • 计划:并查集优化、线段树懒更新