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在面值为1,2,5的货币体系中有何玄机?

在学习贪心算法和动态规划算法时,我们经常会遇到这么一类题目:给定要找零的钱数,现有数量不限但不同面值的纸币,问最少用几张纸币可以完成找零,此问题又叫最少找零问题。

        在学习贪心算法和动态规划算法时,我们经常会遇到这么一类题目:给定要找零的钱数,现有数量不限但不同面值的纸币,问最少用几张纸币可以完成找零,此问题又叫最少找零问题。

        对于最少找零问题,计算机可以用动态规划算法将其轻松解决,这里就不再赘述。但是人脑用动态规划算法解决起来却不易,人更喜欢用贪心算法来计算,那能否用贪心算法来找到最少找零问题的最优解呢?答案是通常情况下不能,特殊情况可以。

        假定给你无限张2元、5元、9元的纸币,现在让你用最少的纸币来兑换一张15元的纸币。

        满足兑换的解有(5,5,5),(2,2,2,9),(2,2,2,2,2,5)。动态规划可以找到最优解(5,5,5),用三张5元的纸币可以兑换,所用纸币最少。如果是用贪心算法来找解的话,将会出现这种情况:15元-9元等于6元,6元-5元等于1元,1元无法再进行兑换。也就是说贪心算法无法找到解,更别提最优解了。

        可以看出,贪心算法在一般情况下,找到最优解是不可能的,甚至很多时候连个解都找不到。但是因为其计算简单方便,在人民群众中普及度高,所以贪心算法在生活中是很有用的,很多事物的设计也都是为了满足贪心算法的性质而设计的。

        我们来看一种特殊情况,也就是现行的货币体系。给你无限张1元、2元、5元的纸币,让你找零n元,你使用贪心算法就可以得到问题的解,而且还是最优的。该问题满足贪心选择性质,读者可以自己尝试一下证明。

        这么来看,各国的货币大都是1、2、5这三个基数构成,原来是为了人们在生活中可以方便的找零。很多读者也许会有疑问,若真是这样的话,那为什么不设计成1、3、5呢,这组数也是满足最少找零的贪心选择性质的。对,这组数确实也满足。而且在1955年,我国发行的第二套人民币中就有3元面额的人民币。

        (1,2,5)、(1,3,5)和(1,2,3,5)这三种组合,在每种纸币无限多的情况下,都可以使用贪心算法完成最少找零。但是在实际情况下,我们不可能手里有无限多的纸币,很多时候只有几种纸币。例如,你手里有一张5元和3张2元((1,2,5)的体系下),你需要找零6元。在这种情况下,你应该找3张2元,但是贪心算法会先找5元,那么后面就无法进行下去了。再例如,你手里有一张5元和2张3元((1,3,5)的体系下),仍然需要找零6元。此时,你应该找2张3元,但是贪心算法却无法找到找零的方案。看以看到,在给定有限张纸币的时候,贪心算法在一些情况下是无法完成找零的。也就说,你手里的钱可以完成找零,但是贪心算法却无法完成找零。那么,对于习惯使用贪心算法来找零的人们来说,无疑是一件非常不爽的事情。

        也许是政府意识到了这一点,也许是别的原因,在1999年推出的第五套人民币,不包含2元,10元以下的面额只有1元和5元。这样做的好处显而易见,当你手中的零钱若存在一个解能够完成找零,那么按照贪心算法一定可以找到这个解,并且该解为最优解(换句话说就是,如果贪心算法找不开,那就是真找不开了)。但是必须得是小额找零才可以得到最优解,因为在这套人民币中仍然包含20元。其实20元的存在也是合理的,因为在日常生活中大额找零出现的概率要远远小于小额找零的概率,所以即使出现了大额找零,人们也愿意多花些时间来完成找零。

 

 

 

 

 



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