25 匹马 5 条赛道，最快需要几轮求出前 3 名？

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前言

• 在计算机面试中，逻辑类题目是规模以上互联网公司的必考题。由于题目花样百出，准备难度较大，题海战术可能不是推荐的做法。
• 在这个系列里，我将精选十道非常经典的逻辑题，希望能帮助你找到解题思路 / 技巧。如果能帮上忙，请务必点赞加关注，这真的对我非常重要。

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系列文章

• 《逻辑 | “我知道你不知道”！》
• 《逻辑 | 德·梅齐利亚克砝码！》
• 《逻辑 | 天黑请闭眼！）》
• 《逻辑 | 赛马！》

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1. 题目描述

给定 25 匹马与 5 条赛道，一个赛道只能容纳一匹马，每轮比赛只能得到 5 匹马之间的快慢程度，而不是速度，求决胜 1，2，3 名至少多少轮。

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2. 解题关键

2.1 分治思想

欲求得 25 匹马中的前三名，可以先求得较小规模问题中的前三名，再合并小规模问题的解得出最终解。

2.2 代表元法

在并查集（一种数据结构）中，会使用根节点来代表一个集合，这种方法叫做代表元法。我们可以借鉴这种 “代表元” 的思想，让一组马中跑的最快的一匹来代表整组马。举个例子，给定一组赛马 $A_1,A_2,A_3,A_4,A_5$，$A_1$为这组马中冠军马，若有 $B_1>A_1$，则自然有 $B_1>A$（即：如果 $B_1$ 比 $A$ 组中跑的最快的一匹马还快，自然可以得出 $B_1$ 比 $A$ 组所有马都快的结论）。

提示： 若不了解并查集，请务必阅读我之前写过的一篇文章：《数据结构 | 并查集 & 联合 - 查找算法》

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3. 解决问题

理解了分治和代表元后，现在可以说问题的解法了，一共分为 2 个回合来解决：

3.1 第一回合

首先，我们将 25 匹赛马分为 5 组，让每组马进行组内比赛，得到组内排名，假设结果为 $A_1>A_2>A_3>A_4>A_5$（此时进行了 5 轮比赛）。因为组内排名第四与第五名不可能竞争全场前三名，所以排除每一组的第四与第五名。

$A 组：\{A_1,A_2,A_3,A_4,A_5\}$

$B 组：\{B_1,B_2,B_3,B_4,B_5\}$

$C 组：\{C_1,C_2,C_3,C_4,C_5\}$

$D 组：\{D_1,D_2,D_3,D_4,D_5\}$

$E 组：\{E_1,E_2,E_3,E_4,E_5\}$

第一回合

3.2 第二回合

其次，每一组跑得最快的一匹马作为代表元参与一轮 “代表赛”，假设比赛结果是：$[A_1>B_1>C_1>D_1>E_1]$，由此可以排除失去竞争资格的赛马：

• $A_1$ 是代表赛中最快的，所以 $A_1$ 一定是全场第一名；
• $B_1$ 是代表赛中的第二名，最快情况下 $B_1$ 同时也是全场的第二名，则 $B_3$ 前面还有 $B_2$，所以 $B_3$ 失去竞争前三名的资格；
• $C_1$ 是代表赛中的第三名，最快情况下 $C_1$ 同时也是全场的第三名，则 ${C_2、C_3}$ 失去前三名的竞争资格；
• $D_1$ 和 $D_1$ 是代表赛的四五名，说明 D 组和 E 组都失去了前三名的竞争资格；

第二回合

3.3 第三回合

此时，剩余的未知顺序的赛马正好有 5 匹，加赛一轮就可以得出第二名和第三名的归属。三个回合总共进行了 7 轮比赛，故答案就是 7。

$\{A_2,A_3\}$

$\{B_1,B_2\}$

$\{C_1\}$

论毕。

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