妙解谷歌壓箱底面試題:如何正確的從樓上拋雞蛋
關于編程工作有很多很不錯的面試謎題。新年之際,我把壓箱底兒的一道好題,同時也是傳說中谷歌招聘官最喜歡問的一道題找出來了!
今天我們來好好八一八這道題,如果你今年恰好想去谷歌面試,可以抓緊多讀幾遍!(絕對不會出現下圖的情況,我們只放有口碑的神助攻
題目如下:
你在一座100層的高樓大廈里工作,拿到了兩個一模一樣的雞蛋。你得搞明白雞蛋***可以從幾層樓扔出去還不摔壞。
請提出一個算法,能找到投擲雞蛋卻保證不摔壞的最少次數~
我們可以先做些假設:
- 如果雞蛋從某一樓層跌落而不摔壞,那么當它從更低樓層跌落也不會有破損。
- 一個在被投擲之后完好無損的蛋可以被再利用。
- 一顆雞蛋如果破損,則必會被丟棄。
- 跌落對于所有雞蛋都具有同等效應。
- 如果一顆雞蛋從某一樓層跌落之后受損,那么當它從更高樓層跌落后必定會摔壞。
- 如果一顆雞蛋從一次跌落中存活下來,那么它一定會從更短程的降落中存活。
大多數人會寫出算法來解決這個謎題(我們同樣也是會用算法),然而實際上有更容易的辦法。
敲黑板說重點啦!
最簡單的回答
最簡單的方式來獲取最少樓層數就是將雞蛋從***層扔出,然后第二層,然后依次往后疊加。這樣一來,當雞蛋破碎那一刻我們就知道是這一層了。這是一個可靠的算法,但是在最差的情況下它需要的投擲次數是100次。
需要注意的最重要的一點是,假如你只有一顆雞蛋,這是唯一可靠的方法。所以在你打破***顆雞蛋時就需要開始運用這個算法。
直覺性的答案
這樣,我們應該把這100層劃分成更小數目的的區間,以盡可能有效地應用這***顆雞蛋。因此,一個憑直覺的而且頗受歡迎的方法是從1/第n層逐層檢查。
比方說,從***層到第三層。由此得出算法如下:
從33樓投擲出這顆雞蛋。如果它破損了,那么我們用第二顆雞蛋檢查第32層樓。
否則,我們從33+ (67 *1/3) =55層樓扔,如果雞蛋破損,我們再來用第二顆雞蛋檢查34層到55層。
…
對于1/3最壞的情況是***值是33層,這樣一來,我們可能可以找到一個***的n,借助一些動態編程手段,來優化投擲次數。這是一個體現編程思維的有價值的解決方式,然而這不是***解。
***解決方案
為了理解***解法,我們需要理解均衡狀態,用于計算出在最壞情境下所需的投擲次數。

這里,F(n) 是我們從開始投擲雞蛋計算的下一層樓層。
假如我們引入以下的變量:

那么均衡點將會是如下:

***解是當這個方程里的所有參數都相等。我們是如何取得的呢?從末尾開始看,***的D(n)將會變成1,因為我們最終將會到達一個點,就是只有單一的一層樓用于投擲***顆雞蛋。所以D(n-1)應該等于2,因為它相比于***顆雞蛋少了一次投擲。
我們接著會發現***顆雞蛋最終應該是從第99層樓投擲,之前是從99-2=97層,再往前則是97-3=94層,90, 85, 79, 72, 64, 55, 45, 34, 22,然后是第九層。這是一個***解!這樣一來,我們需要在最壞的情況下投擲14次(最小的差別在于13,但是我們還需要在第九層額外投一次)。
檢查
好啦,我們已經有了解決方案,可以無需任何其他幫助來解開它。現在是時候驗證它是否正確了!為此,我們可以寫一個Kotlin方程式。
首先,我們來解釋一下對一些決策來說,是如何計算投擲次數的。當我們有2層或者更少的層數,那么我們需要按照剩余的樓層數來投擲盡量多的次數。否則我們應該調用如下方呈現的均衡函數:

這里我們調用了bestMaxThrows 函數,這是一個假設函數,它會返回一個投擲次數的數值,假定接下來的一系列決策是***的。
我們是這樣定義它的:

再一次的,我們剛剛授權給了bestNextStep 函數來計算“下一層的***解”。這個函數很好的為我們指明了下一步的方向,我們可以簡單地定義它:當只有二層或更少的樓層待檢驗,那我們會從***層扔出雞蛋,否則我們需要檢查所有備選項以找到***解。
下面是具體執行步驟:

再一次的,我們剛剛授權給了bestNextStep 函數來計算“下一層的***解”。這個函數很好的為我們指明了下一步的方向,我們可以簡單地定義它:當只有二層或更少的樓層待檢驗,那我們會從***層扔出雞蛋,否則我們需要檢查所有備選項以找到***解。
下面是具體執行步驟:

注意,這個函數使用了maxThrows 函數,所以涉及到了循環。這不是個問題,因為當bestNextStep 調用到maxThrows時,它總是調用一個小于floorsLeft 的數(因為nextFloor 總是大于0)。我們調用這個函數之前先加一些緩沖,用于加速這些運算。

首先,我們看看它是否返回和之前計算相同的結果。

結果看著不錯,我們再看看下面幾步:

結果:
9, 22, 34, 45, 55, 64, 72, 79, 85, 90, 94, 97, 99, 100,
正是我們計算的結果!贊!
拓展
現在我們有了一套可以解決很多相似問題的不錯的算法。比如說,我們可以稍微修改一下來計算最隨機的情況下的投擲次數。我們也可以看看這一最小數值如何根據建筑高度不同而有所區別。
下圖回答了以上的問題:

(該圖展示了最壞情景的最少投擲次數,縱軸是樓層數,橫軸是投擲次數,曲線代表***投擲次數。)
結論
你現在對于谷歌的面試準備更充分了,但更重要的是,你相比以前更具備算法思想。這個算法呈現了一個很好的,高效型的方法。還可應用于解決我們每日工作中的許多問題。