经典面试题23 - 扔鸡蛋的技巧

问题

有一栋100层的高楼,一个鸡蛋从第N层及以上的楼层落下来会摔破, 在第N层以下的楼层落下不会摔破。给你2个鸡蛋,设计方案找出N,并且保证在最坏情况下, 最小化鸡蛋下落的次数。(假设每次摔落时,如果没有摔碎,则不会给鸡蛋带来损耗)

解答

这完全是一道智力题,和所谓的编程算法无关,不要走进二分法的陷阱,归纳法才是争取选择。

首先假设在最坏情况下,鸡蛋下落次数为x,我们为了找出N,一共用鸡蛋做了x次的实验。

那么,我们第一次应该在哪层楼扔鸡蛋呢?

先让我们假设第一次在第y层楼扔的鸡蛋, 如果第一个鸡蛋在第一次扔就碎了,我们就只剩下一个鸡蛋,要用它准确地找出N, 只能从第一层向上,一层一层的往上测试,直到它摔坏为止,这时候答案就出来了。

由于第一个鸡蛋在第y层就摔破了, 所以最坏的情况是第二个鸡蛋要把第1到第y-1层的楼都测试一遍,最后得出结果:
原来鸡蛋在第y-1层才能摔破, 或是在第y-1层仍没摔破,答案就是第y层。

这样一来测试次数是1+(y-1)=x,即第一次测试要在第x层。

如果第一次测试鸡蛋没摔破呢,那N肯定要比x大,要继续往上找,需要在哪一层扔呢?

我们模仿前面的操作,如果第一个鸡蛋在第二次测试中摔破了, 那么第二个鸡蛋的测试次数就只剩下x-2次了(鸡蛋总共下落次数为x,而第一个鸡蛋已经用了2次)。

这样一来,第二次扔鸡蛋的楼层和第一次扔鸡蛋的楼层之间就隔着x-2层。

我们再回过头来看一看:
第一次扔鸡蛋的楼层在第x层,第1层到第x层间共x层;
第1次扔鸡蛋的楼层到第2次扔鸡蛋的楼层间共有x-1层;
同理继续往下,我们可以得出,
第2次扔鸡蛋的楼层到第3次扔鸡蛋的楼层间共有x-2层;
第3次扔鸡蛋的楼层到第4次扔鸡蛋的楼层间共有x-3层;
……

最后把这些互不包含的区间数加起来,应该大于等于总共的楼层数量100,公式如下:

x + (x-1) + (x-2) + ... + 1 >= 100
(x+1)*x/2 >= 100

解方程可知 x = 14。

即先用第1个鸡蛋在以下序列表示的楼层数不断地向上测试,直到它摔破。 再用第2个鸡蛋从上一个没摔破的序列数的下一层开始,向上测试, 即可保证在最坏情况下也只需要测试14次,就能用2个鸡蛋找出从哪一层开始, 往下扔鸡蛋,鸡蛋就会摔破。

14, 27, 39, 50, 60, 69, 77, 84, 90, 95, 99, 100

比如,我第1个鸡蛋是在第69层摔破的,那么我第2个鸡蛋就从第61层开始,向上测试, 第二个鸡蛋最多只需要测试8次(61,62,63,64,65,66, 67,68),加上第1个鸡蛋测试的 6次(14,27,39,50,60,69),最坏情况只需要测试14次。

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