简谈--动态规划1

2024-06-04 02:18
文章标签 动态 规划 简谈

本文主要是介绍简谈--动态规划1,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

动态规划(dynamic programming)

实际上,动态规划的实质就是通过保存计算过的状态,来避免递归的重叠子问题.解决冗余,是动态规划的根本目的.
动态规划实质上是一种以空间换时间的技术,我们舍空间而取时间。

动态规划的适用条件:

1.最优化原理(最优子结构性质)
最优化原理可以这样阐述:一个最优化策略具有这样的性质,不论过去状态和决策如何,对前面的决策所形成的状态而言,余下的诸决策必须构成最优策略。简而言之,一个最优化策略的子策略总是最优的。一个问题满足最优化原理又称其具有最优子结构性质。

2.无后向性
将各阶段按照一定的次序排列好之后,对于某个给定的阶段状态,它以前各阶段的状态无法直接影响它未来的决策,而只能通过当前的这个状态。换句话说,每个状态都是过去历史的一个完整总结。这就是无后向性,又称为无后效性。

状态和状态转移:

状态的选择状态转移方程是解决动态规划的关键所在.
动态规划的实现:
动态规划一般有以下两种实现方法:
1.记忆化搜索:当需要求一个状态时,首先看这个状态是否被计算过,如果计算过,直接使用计算过的值;否则,计算一次,并保存结果.一般用递归实现.
2.递推:所谓递推就是,按照一定顺序将一定范围内的所有状态都计算出来.一般用非递归的形式实现.

典型问题:0-1背包问题

题目叙述:
给定n种物品和一个背包,物品i的重量是wi,价值为vi背包容量为C .如何选择物品使背包中的总价值最大?
背包问题可以看作是决策一个序列(x1,x2…xn),对任何变量Xi的决策是Xi=1或Xi=0.在对Xi-1决策后,已确定了(x1,x2…xi-1),在决策Xi时,问题处于下面两个状态之一:
1.背包容量不足装下i物品,则Xi=0,背包价值不变;
2.背包容量可以装下i物品,则Xi=1,背包价值增加Vi.

  两种情况下背包价值最大者应该是对Xi决策后的背包价值.

  令v(i,j)表示在前i(1<=i<=n)个物品中能装入容量为j(1<=j<=C)的背包的物品的最大值,可以得到如下动态规划函数:

V(i,0)=V(0,j)=0; 

           V(i,j)= V(i-1,j)                                       j<wi         

           V(i,j)= max{V(i-1,j),V(i-1,j-wi)+vi}   j>wi

上面就是0-1背包问题的状态转移方程,这也是动态规划中最难,最重要的,只有找到好的状态和它的转移方程才能用动态规划解决好问题.
典型问题:三角形
给定一个具有N层的数字三角形,从顶至底有多条路径,每一步可沿左斜线向下或沿右斜线向下,计算从顶部至底部某处一条路径,使得该路径所经过的数字总和最大。
用二元组dp(i,j)描述问题,dp(i,j)表示从顶层到达第i层第j个位置的最大路径。
显然到达i点的路径只能来自于上一层的j-1点或者j点,所以:
dp(i,j)=max{dp(i-1,j),dp(i-1,j-1)}+a(i,j) dp(1,1)=a(1,1)
我们需要的最终需要的解就是:
max{dp(N,k)} 1<= k <= N 。
问题解决!

核心代码如下:

ans=0;
        for(i=1;i<=n;i++)
            for(j=1;j<=i;j++)
            {
                dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-1])+a[i][j];
                if(i==n)

                {
                    if(dp[i][j]>ans)
                    {
                        ans=dp[i][j];
                    }
                }
            }
典型问题:滚动数组
动态规划往往需要很大的空间开销,甚至有可能超过最大的内存限制,这个时候我们就可以考虑使用滚动数组来减小空间开销.
滚动数组是利用某些DP在计算当前状态的时候,只需要前面的一个或者几个状态,而并不是全部的状态,通过只保存需要的状态来减小空间开销.比如,在背包问题中,我们只用到了前i-1个物品的防入背包的价值总合.

核心代码如下;

int V[2][100010];
.............

  int k=0;

  for(i=1;i<=n;i++) {

           for(j=1;j<=weight;j++)

  if(j<w[k])

  V[k][j]=V[1-k][j];

  else

  V[k][j]=V[1-k][j]>(V[1-k][j-w[i]]+p[i])?V[1-k][j]:(V[1-k][j-w[i]]+p[i]);

  k=1;

  }

..............


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http://www.chinasem.cn/article/1028779

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