动态规划(Dynamic programming)
动态规划,通过把原问题分解为相对简单的子问题的方式求解复杂的问题。适用于有重叠子问题(递归求解时,子问题会被反复计算)和最优子结构性质(问题的解最优,则子问题的解也是最优的)的问题,动态规划的效率还是相对较高的,因为他会存储相似子问题的解。动态规划需要我们掌握子问题的状态,得到状态转移方程,问题也就解决了,而状态和状态转移方程是动态规划的核心。
我们可以举个例子,斐波那契数列:
如上一篇文章:递归 所述,斐波那契数列求和可以使用递归来求:
//递归求斐波那契数列前n个数的和
int Fibonacci(int n){
if (n <= 1)
return n;
else
return Fibonacci(n-1) + Fibonacci(n-2);
}
但是递归的效率并不高,他需要不停的调用函数,并且会出现重复计算子问题的情况,比如求Fibonacci(5):
Fibonacci(5)
Fibonacci(4)+Fibonacci(3)
Fibonacci(3)+Fibonacci(2)+Fibonacci(2)+Fibonacci(1)
Fibonacci(2)+Fibonacci(1)+Fibonacci(1)+Fibonacci(0)+Fibonacci(1)+Fibonacci(0)+Fibonacci(1)
.....
由上面的计算过程我们可以看出,出现了重复计算Fibonacci(2), Fibonacci(1)的情况。所以递归并不是很好的解决方案,这个时候动态规划就该上场了。。
int a[n];
int Fibonacci(int n) {
if(n <= 1) {
a[n]=n;
return n;
}
if(a not contain n) {
a[n] = Fibonacci(n-1)+ Fibonacci(n-2);
}
return a[n];
}
其实,在这个问题上,我们只是多建立了一个数组a来存储子问题的结果,这样就减少了重复计算子问题的值的情况。
接下来可以分析一下 poj 1018 的问题,有不同的设备,每种设备有不同的型号,不同的型号有不同的带宽和价格。选择n种设备,每种设备一款,求以最小代价拿到最大的带宽。初看题目就觉得应该用动态规划来做,然后动态转移方程是什么?变量有两个,带宽和价格,我们可以用一个二维数组 dp[i][j] 来表示选择了前 i 个宽带其容量为 j 的最小费用。 转移方程就是: dp[i][j] = min(dp[i][j],dp[i-1][k]+p)
k是那些可选的第k个元素
而 poj 1050 求最大子矩阵,最大子矩阵是在二维的情况下分析,我们可以先简化到一维。
比如:给出一个序列,求出连续的一段,使其和最大。
a[n]表示这个序列,a[i]表示第i个元素,可以得到一个状态方程,dp[i]表示以a[i]结尾的最大子段和,dp[i] = max{a[i], dp[i-1] + a[i]},如果dp[i-1]>0,dp[i]=dp[i-1]+a[i],如果dp<0,则dp[i]=a[i],这个很容易理解,类似的还有求最长的子序列,同样的思路可以得到dp(i) = max{1, dp(j)+1},其中j<i,A[j]<=A[i]。接下来扩展到二维,求最大子矩阵,其实就是把二维的压缩到一维就好了,然后求一个最大和。其实类似的还有poj2479,求2段连续的段总和最大。
其实有一个入门的动态规划问题,那就是 01背包问题。有n种物品装入体积为V的背包中,求如何装才能使背包的重量最大,每种物品有且仅有一件。
遇到此类问题,我们可以假设F(i)表示在装第i件物品的时候背包的最大重量
#include <iostream>
int n;
int V, C[100], W[100], F[100][100];
using namespace std;
//01背包问题,状态转移方程:F[i][v]=max(F[i-1][v],F[i-1][v-C[i]]+W[i]);
//其实在空间复杂度上也可以优化为O:F[v] = max(F[v], F[v-C[i]]+W[i]);
void bag() {
for (int i = 1; i <= n; i ++) {
for (int v = V; v > 0; v --) {
F[i][v]=max(F[i-1][v],F[i-1][v-C[i]]+W[i]);
printf("---F[%d][%d]:%d C[i]:%d W[i]:%d--------\n", i, v, F[i][v], C[i], W[i]);
// F[v] = max(F[v], F[v-C[i]]+W[i]);
// printf("---F[%d]:%d C[i]:%d W[i]:%d--------\n", v, F[v], C[i], W[i]);
}
printf("\n\n");
}
}
int main(){
cin >> n;
cin >> V;
for (int i = 1; i <= n; i ++) {
cin >> C[i];
cin >> W[i];
}
memset(F, 0, sizeof(F));
bag();
printf("%d",F[n][V]);
// printf("%d",F[V]);
return 0;
}