在上一期中,F老师遇到了一个有意思的题目,在小T同学的帮助下得到了答案。
F老师把小T同学送走以后,思考了以下几个推广的问题:
1. 如果机器人运行的轨道是环形的,环的周长步数为X,这种算法最坏情况下,两个机器人需要多少个周期才能相遇?
2. 开放问题:我们把问题扩展到二维平面,并为机器人增加两条指令:up (向上走),down (向下走),在两个机器人无法通信的前提下,有没有办法让两个机器人相遇?
3. 问题2中,如果假设每个机器人的X坐标与Y坐标的差,绝对值小于2,有没有办法写一个程序让两个机器人相遇?
我们先看第一个问题。
如图,机器人A和机器人B空降在一个环形离散轨道上,轨道的步数为X,两个机器人的距离为Y。
由于轨道为环形,从另一个方向看,两个机器人之间的距离是(X-Y)。
两个机器人都执行如下的程序:
代码语言:javascript复制:START
left //向左一步走
left //向左再走一步
jmark :START //如发现左边追击目标的标记,则跳转到开始,并向左走
right //如还没有发现追击目标则回退一步
mark //做标记,如果自己是追击目标则留下标记,供追击者检测
jmark :START //检测到自己的标记,跳转回开始,程序形成循环
执行的结果是,一开始两个机器人以相等的速度(进二退一),在轨道上互相追逐对方。
如果机器人A发现了机器人B的轨迹,机器人A将全速前进,直到追上B。
——且慢,这里面有个坑!
由于轨道是环形,如果A和B刚好位于环形轨道的两端(也就是Y=X-Y),A发现B轨迹时,B也发现了A轨迹,两个机器人同时全速前进,这样一来,两个机器人永远无法相遇!
F老师由于治学不严谨,被小T同学嘲笑以后,把题目改了:
机器人A和机器人B空降在周长为X的环形轨道上,运行前文所述的程序,需要满足什么样的条件,机器人A和机器人B才可能相遇?
让我们进行推算:
假设机器人A和B的距离为Y,那么,当经过(Y-1)个周期,A与B各前进了(Y-1)步,此时,A发现了B的踪迹,此时A加速运行,而B执行后退一步,二者的距离变为Y-1,进入A全速追击B的过程。
在A全速追击B的过程中,假定B一直没有发现A留下的踪迹,又过了Y-1个周期,A与B相遇。
在这期间,B走了Y-1步,但由于判定标记的jmark指令在回退一步之前执行,需要保证B走了Y步依然没有发现A的踪迹。
总计在整个追击过程中,A走了3Y-1步,而B走了2Y-1步。由于我们设定的条件是B发现了A的踪迹,才从进二退一的前进方式改为全速前进,也就是说,A追上B时,是没有走完整个环形轨道的。
因此,我们得到了结论:
X > 3Y-1时,A可以追上B。
在下一期中,我们再分析问题2和问题3。