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Probabilità del Cavallo di restare sulla scacchiera

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Dato un n*n scacchiera e il cavaliere posizione (x e) ogni volta che il cavaliere deve muoversi, sceglie uniformemente una delle otto mosse possibili casuale (anche se il pezzo uscisse dalla scacchiera) e si muove Là. Il cavaliere continua muovendosi finché non è stato eseguito esattamente k si muove o ha si è trasferito la scacchiera. Il compito è quello Trovare IL probabilità quel cavaliere resti sul asse dopo averlo fatto fermato in movimento.

Nota: Un cavaliere degli scacchi può effettuare otto mosse possibili. Ogni mossa è composta da due celle in direzione cardinale e quindi da una cella in direzione ortogonale.

Esempi:  



Ingresso: n = 8 x = 0 y = 0 k = 1
Produzione: 0,25
Spiegazione: Il cavallo inizia da (0 0) e dopo aver fatto un passo si troverà all'interno della scacchiera solo in 2 delle 8 posizioni che sono (1 2) e (2 1). Quindi la probabilità sarà 2/8 = 0,25.

Ingresso: n = 8 x = 0 y = 0 k = 3
Produzione: 0,125

Ingresso: n = 4 x = 1 y = 2 k = 4
Produzione: 0,024414

Sommario

Utilizzo della Dp (memoizzazione) top-down: tempo O(n*n*k) e spazio O(n*n*k)

La probabilità del Cavallo di rimanere sulla scacchiera dopo k mosse è uguale alla media della probabilità del Cavallo nelle otto posizioni precedenti dopo k - 1 mosse. Allo stesso modo la probabilità dopo k-1 mosse dipende dalla media della probabilità dopo k-2 mosse. L'idea è usare memorizzazione per memorizzare le probabilità delle mosse precedenti e trovare la loro media per calcolare il risultato finale.
Per fare ciò, crea un file Appunto di matrice 3D[][][] Dove promemoria[i] [j] [k] memorizza la probabilità che il cavaliere si trovi nella cella (ij) dopo k mosse. Se k è zero cioè viene raggiunto lo stato iniziale ritorno 1 altrimenti esplora le otto posizioni precedenti e trova la media delle loro probabilità.

C++ 
// C++ program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard #include    using namespace std; // recursive function to calculate // knight probability double knightProbability(int n int x int y int k   vector<vector<vector<double>>> &memo){  // Base case initial probability  if(k == 0) return 1.0;  // check if already calculated  if(memo[x][y][k] != -1) return memo[x][y][k];  vector<vector<int>> directions = {{1 2} {2 1} {2 -1}  {1 -2} {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}};  memo[x][y][k] = 0;  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for(auto d:directions){  int u = x + d[0];  int v = y + d[1];  // if this position lie inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += knightProbability(n u v k-1 memo) / 8.0;  }  return memo[x][y][k] = cur; } // Function to find the probability double findProb(int n int x int y int k) {  // Initialize memo to store results  vector<vector<vector<double>>> memo(n   vector<vector<double>>(n  vector<double> (k+1 -1)));  return knightProbability(n x y k memo); } int main(){  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  cout << findProb(n x y k) << endl;  return 0; }
Java 
// Java program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard class GfG {  // recursive function to calculate  // knight probability  static double knightProbability(int n int x   int y int k double[][][] memo) {  // Base case initial probability  if (k == 0) return 1.0;  // check if already calculated  if (memo[x][y][k] != -1) return memo[x][y][k];  int[][] directions = {{1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}  {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}};  memo[x][y][k] = 0;  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (int[] d : directions) {  int u = x + d[0];  int v = y + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += knightProbability(n u v k - 1 memo) / 8.0;  }  return memo[x][y][k] = cur;  }  // Function to find the probability  static double findProb(int n int x int y int k) {  // Initialize memo to store results  double[][][] memo = new double[n][n][k + 1];  for (int i = 0; i < n; i++) {  for (int j = 0; j < n; j++) {  for (int m = 0; m <= k; m++) {  memo[i][j][m] = -1;  }  }  }  return knightProbability(n x y k memo);  }  public static void main(String[] args) {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  System.out.println(findProb(n x y k));  } }
Python 
# Python program to find the probability of the # knight to remain inside the chessboard # recursive function to calculate # knight probability def knightProbability(n x y k memo): # Base case initial probability if k == 0: return 1.0 # check if already calculated if memo[x][y][k] != -1: return memo[x][y][k] directions = [ [1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2] [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2] ] memo[x][y][k] = 0 cur = 0.0 # for every position reachable from (x y) for d in directions: u = x + d[0] v = y + d[1] # if this position lies inside the board if 0 <= u < n and 0 <= v < n: cur += knightProbability(n u v k - 1 memo) / 8.0 memo[x][y][k] = cur return cur # Function to find the probability def findProb(n x y k): # Initialize memo to store results memo = [[[-1 for _ in range(k + 1)] for _ in range(n)] for _ in range(n)] return knightProbability(n x y k memo) n x y k = 8 0 0 3 print(findProb(n x y k))
C# 
// C# program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard using System; class GfG {  // recursive function to calculate  // knight probability  static double KnightProbability(int n int x   int y int k double[] memo) {  // Base case initial probability  if (k == 0) return 1.0;  // check if already calculated  if (memo[x y k] != -1) return memo[x y k];  int[] directions = {{1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}  {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}};  memo[x y k] = 0;  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (int i = 0; i < 8; i++) {  int u = x + directions[i 0];  int v = y + directions[i 1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {  cur += KnightProbability(n u v k - 1 memo) / 8.0;  }  }  return memo[x y k] = cur;  }  // Function to find the probability  static double FindProb(int n int x int y int k) {  // Initialize memo to store results  double[] memo = new double[n n k + 1];  for (int i = 0; i < n; i++) {  for (int j = 0; j < n; j++) {  for (int m = 0; m <= k; m++) {  memo[i j m] = -1;  }  }  }  return KnightProbability(n x y k memo);  }  static void Main() {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  Console.WriteLine(FindProb(n x y k));  } }
JavaScript 
// JavaScript program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard // recursive function to calculate // knight probability function knightProbability(n x y k memo) {  // Base case initial probability  if (k === 0) return 1.0;  // check if already calculated  if (memo[x][y][k] !== -1) return memo[x][y][k];  const directions = [  [1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2]  [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2]  ];  memo[x][y][k] = 0;  let cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (let d of directions) {  const u = x + d[0];  const v = y + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {  cur += knightProbability(n u v k - 1 memo) / 8.0;  }  }  return memo[x][y][k] = cur; } // Function to find the probability function findProb(n x y k) {  // Initialize memo to store results  const memo = Array.from({ length: n } () =>  Array.from({ length: n } () => Array(k + 1).fill(-1)));  return knightProbability(n x y k memo).toFixed(6); } const n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  console.log(findProb(n x y k));

Produzione 
0.125

Utilizzo della Dp (tabulazione) bottom-up: tempo O(n*n*k) e spazio O(n*n*k)

L'approccio di cui sopra può essere ottimizzato utilizzando dal basso verso l'alto tabulazione riducendo lo spazio aggiuntivo richiesto per lo stack ricorsivo. L'idea è di mantenere un 3 matrice D dp[][][] Dove dp[i][j][k] memorizza la probabilità che il cavaliere sia nella cella (io j) Dopo k si muove. Inizializza il 0 stato di d.p con valore 1 . Per ogni mossa successiva il probabilità di cavaliere sarà pari A media di probabilità di precedente 8 posizioni dopo k-1 si muove.

C++ 
// C++ program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard #include    using namespace std; // Function to find the probability double findProb(int n int x int y int k) {  // Initialize dp to store results of each step  vector<vector<vector<double>>> dp(n   vector<vector<double>>(n  vector<double> (k+1)));    // Initialize dp for step 0  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  dp[i][j][0] = 1.0;  }  }  vector<vector<int>> directions = {  {1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}   {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}  };  for (int move = 1; move <= k; move++) {    // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for (auto d:directions) {  int u = i + d[0];  int v = j + d[1];  // if this position lie inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += dp[u][v][move - 1] / 8.0;  }  // store the result  dp[i][j][move] = cur;  }  }  }  // return the result  return dp[x][y][k]; } int main(){  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  cout << findProb(n x y k) << endl;  return 0; }
Java 
// Java program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard import java.util.*; class GfG {  // Function to find the probability  static double findProb(int n int x int y int k) {  // Initialize dp to store results of each step  double[][][] dp = new double[n][n][k + 1];  for (int i = 0; i < n; i++) {  for (int j = 0; j < n; j++) {  dp[i][j][0] = 1;  }  }  int[][] directions = {  {1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}   {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}  };  for (int move = 1; move <= k; move++) {  // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (int[] d : directions) {  int u = i + d[0];  int v = j + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {  cur += dp[u][v][move - 1] / 8.0;  }  }  // store the result  dp[i][j][move] = cur;  }  }  }  // return the result  return dp[x][y][k];  }  public static void main(String[] args) {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  System.out.println(findProb(n x y k));  } }
Python 
# Python program to find the probability of the # knight to remain inside the chessboard # Function to find the probability def findProb(n x y k): # Initialize dp to store results of each step dp = [[[0 for _ in range(k + 1)] for _ in range(n)] for _ in range(n)] for i in range(n): for j in range(n): dp[i][j][0] = 1.0 directions = [[1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2] [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2]] for move in range(1 k + 1): # find probability for cell (i j) for i in range(n): for j in range(n): cur = 0.0 # for every position reachable from (x y) for d in directions: u = i + d[0] v = j + d[1] # if this position lies inside the board if 0 <= u < n and 0 <= v < n: cur += dp[u][v][move - 1] / 8.0 # store the result dp[i][j][move] = cur # return the result return dp[x][y][k] if __name__ == '__main__': n x y k = 8 0 0 3 print(findProb(n x y k))
C# 
// C# program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard using System; class GfG {  // Function to find the probability  static double findProb(int n int x int y int k) {  // Initialize dp to store results of each step  double[] dp = new double[n n k + 1];  for (int i = 0; i < n; i++) {  for (int j = 0; j < n; j++) {  dp[i j 0] = 1.0;  }  }  int[] directions = {{1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}   {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}};  for (int move = 1; move <= k; move++) {  // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (int d = 0; d < directions.GetLength(0); d++) {  int u = i + directions[d 0];  int v = j + directions[d 1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {  cur += dp[u v move - 1] / 8.0;  }  }  // store the result  dp[i j move] = cur;  }  }  }  // return the result  return dp[x y k];  }  static void Main(string[] args) {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  Console.WriteLine(findProb(n x y k));  } }
JavaScript 
// JavaScript program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard // Function to find the probability function findProb(n x y k) {  // Initialize dp to store results of each step  let dp = Array.from({ length: n } () =>   Array.from({ length: n } () => Array(k + 1).fill(0))  );  // Initialize dp for step 0  for (let i = 0; i < n; ++i) {  for (let j = 0; j < n; ++j) {  dp[i][j][0] = 1.0;  }  }    let directions = [[1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2]   [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2]];  for (let move = 1; move <= k; move++) {    // find probability for cell (i j)  for (let i = 0; i < n; i++) {  for (let j = 0; j < n; j++) {  let cur = 0.0;  // for every position reachable from (x y)  for (let d of directions) {  let u = i + d[0];  let v = j + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n) {  cur += dp[u][v][move - 1] / 8.0;  }  }  // store the result  dp[i][j][move] = cur;  }  }  }  // return the result  return dp[x][y][k].toFixed(6); } let n = 8 x = 0 y = 0 k = 3; console.log(findProb(n x y k));

Produzione 
0.125

Utilizzo di Dp ottimizzato per lo spazio: O(n*n*k) Tempo e O(n*n) Spazio

L'approccio di cui sopra richiede soltanto precedente stato delle probabilità per calcolare il attuale dichiarare così soltanto IL precedente il negozio deve essere conservato. L'idea è di crearne due Array 2D prevMove[][] E currMove[][] Dove

  • prevMove[i][j] memorizza la probabilità che il cavaliere si trovi a (i j) fino alla mossa precedente. Viene inizializzato con il valore 1 per lo stato iniziale.
  • currMove[i][j] memorizza la probabilità dello stato corrente.

Operare in modo simile all'approccio sopra e a FINE di ogni iterazione aggiorna precedenteSposta[][] con valore memorizzato in currMove[][].

C++ 
// C++ program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard #include    using namespace std; // Function to find the probability double findProb(int n int x int y int k) {  // dp to store results of previous move  vector<vector<double>> prevMove(n vector<double>(n 1));  // dp to store results of current move  vector<vector<double>> currMove(n vector<double>(n 0));  vector<vector<int>> directions = {  {1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}   {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}  };  for (int move = 1; move <= k; move++) {    // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for (auto d:directions) {  int u = i + d[0];  int v = j + d[1];  // if this position lie inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += prevMove[u][v] / 8.0;  }  // store the result  currMove[i][j] = cur;  }  }  // update previous state  prevMove = currMove;  }  // return the result  return prevMove[x][y]; } int main(){  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  cout << findProb(n x y k) << endl;  return 0; }
Java 
// Java program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard class GfG {  // Function to find the probability  static double findProb(int n int x int y int k) {  // dp to store results of previous move  double[][] prevMove = new double[n][n];  for (int i = 0; i < n; i++) {  for (int j = 0; j < n; j++) {  prevMove[i][j] = 1.0;  }  }  // dp to store results of current move  double[][] currMove = new double[n][n];  int[][] directions = {  {1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}  {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}  };  for (int move = 1; move <= k; move++) {  // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for (int[] d : directions) {  int u = i + d[0];  int v = j + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += prevMove[u][v] / 8.0;  }  // store the result  currMove[i][j] = cur;  }  }  // update previous state  for (int i = 0; i < n; i++) {  System.arraycopy(currMove[i] 0 prevMove[i] 0 n);  }  }  // return the result  return prevMove[x][y];  }  public static void main(String[] args) {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  System.out.println(findProb(n x y k));  } }
Python 
# Python program to find the probability of the # knight to remain inside the chessboard def findProb(n x y k): # dp to store results of previous move prevMove = [[1.0] * n for _ in range(n)] # dp to store results of current move currMove = [[0.0] * n for _ in range(n)] directions = [ [1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2] [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2] ] for move in range(1 k + 1): # find probability for cell (i j) for i in range(n): for j in range(n): cur = 0.0 # for every position reachable from (xy) for d in directions: u v = i + d[0] j + d[1] # if this position lies inside the board if 0 <= u < n and 0 <= v < n: cur += prevMove[u][v] / 8.0 # store the result currMove[i][j] = cur # update previous state prevMove = [row[:] for row in currMove] # return the result return prevMove[x][y] if __name__ == '__main__': n x y k = 8 0 0 3 print(findProb(n x y k))
C# 
// C# program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard using System; class GfG {  // Function to find the probability  static double findProb(int n int x int y int k) {  // dp to store results of previous move  double[] prevMove = new double[n n];  for (int i = 0; i < n; i++)  for (int j = 0; j < n; j++)  prevMove[i j] = 1.0;  // dp to store results of current move  double[] currMove = new double[n n];  int[] directions = {  {1 2} {2 1} {2 -1} {1 -2}  {-1 -2} {-2 -1} {-2 1} {-1 2}  };  for (int move = 1; move <= k; move++) {  // find probability for cell (i j)  for (int i = 0; i < n; ++i) {  for (int j = 0; j < n; ++j) {  double cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for (int d = 0; d < directions.GetLength(0); d++) {  int u = i + directions[d 0];  int v = j + directions[d 1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += prevMove[u v] / 8.0;  }  // store the result  currMove[i j] = cur;  }  }  // update previous state  Array.Copy(currMove prevMove n * n);  }  // return the result  return prevMove[x y];  }  static void Main() {  int n = 8 x = 0 y = 0 k = 3;  Console.WriteLine(findProb(n x y k));  } }
JavaScript 
// JavaScript program to find the probability of the // knight to remain inside the chessboard function findProb(n x y k) {  // dp to store results of previous move  let prevMove = Array.from({ length: n }   () => Array(n).fill(1.0));  // dp to store results of current move  let currMove = Array.from({ length: n }   () => Array(n).fill(0.0));  const directions = [  [1 2] [2 1] [2 -1] [1 -2]  [-1 -2] [-2 -1] [-2 1] [-1 2]  ];  for (let move = 1; move <= k; move++) {  // find probability for cell (i j)  for (let i = 0; i < n; i++) {  for (let j = 0; j < n; j++) {  let cur = 0.0;  // for every position reachable from (xy)  for (let d of directions) {  let u = i + d[0];  let v = j + d[1];  // if this position lies inside the board  if (u >= 0 && u < n && v >= 0 && v < n)  cur += prevMove[u][v] / 8.0;  }  // store the result  currMove[i][j] = cur;  }  }  // update previous state  prevMove = currMove.map(row => [...row]);  }  // return the result  return prevMove[x][y].toFixed(6); } let n = 8 x = 0 y = 0 k = 3; console.log(findProb(n x y k));

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