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动态规划算法代码

发布时间:2024-09-13 09:19:35

Ⅰ 怎样用动态规划算法解决24点问题,稍详细些,谢谢


枚举法: Enumeration

排序:Sort

贪心法:Greedy algorithm

递归:Recursion

分治:Divide and Rule

深度优先搜索:Depth First Search(DFS)

宽(广)度优先搜索:Breadth First Search(BFS)

动态规划:Dynamic Programming(DP) 也有人叫它 Dynamic Process

离散化:Discretization

栈:Stack Last in First out (LIFO)

队列:Queue First in First out(FIFO)

顺序表:Array Array-Based List

链表:Chain Linked List

广义表:Lists

串:String

集合:Set

树:Tree

二叉树:Binary Tree

完全二叉树:Complete Binary Tree

二叉搜索树:Binary Search Tree(BST)

堆:Heap

图:Graph

哈希表:Hash Table

并查集:Union-Find Sets 或 Disjoint Sets

最大匹配:maximal matching

线段树:Segment Tree

树状数组:Binary Indexed Tree

伸展树:Splay Tree

左偏树:Leftist Tree 或 Leftist Heap

斐波那契堆:Fibonacci Heap

后缀树:Suffix Tree

网络流:Network Flows

凸包:Convex Hull

叉积:Cross Function

高斯消元:Gaussian Elimination

匹配:Matching

矩阵:Matrix

Ⅱ 0-1背包问题的多种解法代码(动态规划、贪心法、回溯法、分支限界法)

一.动态规划求解0-1背包问题
/************************************************************************/
/* 0-1背包问题:
/* 给定n种物品和一个背包
/* 物品i的重量为wi,其价值为vi
/* 背包的容量为c
/* 应如何选择装入背包的物品,使得装入背包中的物品
/* 的总价值最大?
/* 注:在选择装入背包的物品时,对物品i只有两种选择,
/* 即装入或不装入背包。不能将物品i装入多次,也
/* 不能只装入部分的物品i。
/*
/* 1. 0-1背包问题的形式化描述:
/* 给定c>0, wi>0, vi>0, 0<=i<=n,要求找到一个n元的
/* 0-1向量(x1, x2, ..., xn), 使得:
/* max sum_{i=1 to n} (vi*xi),且满足如下约束:
/* (1) sum_{i=1 to n} (wi*xi) <= c
/* (2) xi∈{0, 1}, 1<=i<=n
/*
/* 2. 0-1背包问题的求解
/* 0-1背包问题具有最优子结构性质和子问题重叠性质,适于
/* 采用动态规划方法求解
/*
/* 2.1 最优子结构性质
/* 设(y1,y2,...,yn)是给定0-1背包问题的一个最优解,则必有
/* 结论,(y2,y3,...,yn)是如下子问题的一个最优解:
/* max sum_{i=2 to n} (vi*xi)
/* (1) sum_{i=2 to n} (wi*xi) <= c - w1*y1
/* (2) xi∈{0, 1}, 2<=i<=n
/* 因为如若不然,则该子问题存在一个最优解(z2,z3,...,zn),
/* 而(y2,y3,...,yn)不是其最优解。那么有:
/* sum_{i=2 to n} (vi*zi) > sum_{i=2 to n} (vi*yi)
/* 且,w1*y1 + sum_{i=2 to n} (wi*zi) <= c
/* 进一步有:
/* v1*y1 + sum_{i=2 to n} (vi*zi) > sum_{i=1 to n} (vi*yi)
/* w1*y1 + sum_{i=2 to n} (wi*zi) <= c
/* 这说明:(y1,z2,z3,...zn)是所给0-1背包问题的更优解,那么
/* 说明(y1,y2,...,yn)不是问题的最优解,与前提矛盾,所以最优
/* 子结构性质成立。
/*
/* 2.2 子问题重叠性质
/* 设所给0-1背包问题的子问题 P(i,j)为:
/* max sum_{k=i to n} (vk*xk)
/* (1) sum_{k=i to n} (wk*xk) <= j
/* (2) xk∈{0, 1}, i<=k<=n
/* 问题P(i,j)是背包容量为j、可选物品为i,i+1,...,n时的子问题
/* 设m(i,j)是子问题P(i,j)的最优值,即最大总价值。则根据最优
/* 子结构性质,可以建立m(i,j)的递归式:
/* a. 递归初始 m(n,j)
/* //背包容量为j、可选物品只有n,若背包容量j大于物品n的
/* //重量,则直接装入;否则无法装入。
/* m(n,j) = vn, j>=wn
/* m(n,j) = 0, 0<=j<wn
/* b. 递归式 m(i,j)
/* //背包容量为j、可选物品为i,i+1,...,n
/* //如果背包容量j<wi,则根本装不进物品i,所以有:
/* m(i,j) = m(i+1,j), 0<=j<wi
/* //如果j>=wi,则在不装物品i和装入物品i之间做出选择
/* 不装物品i的最优值:m(i+1,j)
/* 装入物品i的最优值:m(i+1, j-wi) + vi
/* 所以:
/* m(i,j) = max {m(i+1,j), m(i+1, j-wi) + vi}, j>=wi
/*
/************************************************************************/

#define max(a,b) (((a) > (b)) ? (a) : (b))
#define min(a,b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))
template <typename Type>
void Knapsack(Type* v, int *w, int c, int n, Type **m)
{
//递归初始条件
int jMax = min(w[n] - 1, c);
for (int j=0; j<=jMax; j++) {
m[n][j] = 0;
}

for (j=w[n]; j<=c; j++) {
m[n][j] = v[n];
}

//i从2到n-1,分别对j>=wi和0<=j<wi即使m(i,j)
for (int i=n-1; i>1; i--) {
jMax = min(w[i] - 1, c);
for (int j=0; j<=jMax; j++) {
m[i][j] = m[i+1][j];
}
for (j=w[i]; j<=c; j++) {
m[i][j] = max(m[i+1][j], m[i+1][j-w[i]]+v[i]);
}
}

m[1][c] = m[2][c];
if (c >= w[1]) {
m[1][c] = max(m[1][c], m[2][c-w[1]]+v[1]);
}

}

template <typename Type>
void TraceBack(Type **m, int *w, int c, int n, int* x)
{
for (int i=1; i<n; i++) {
if(m[i][c] == m[i+1][c]) x[i] = 0;
else {
x[i] = 1;
c -= w[i];
}
}
x[n] = (m[n][c])? 1:0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
int n = 5;
int w[6] = {-1, 2, 2, 6, 5, 4};
int v[6] = {-1, 6, 3, 5, 4, 6};
int c = 10;

int **ppm = new int*[n+1];
for (int i=0; i<n+1; i++) {
ppm[i] = new int[c+1];
}

int x[6];

Knapsack<int>(v, w, c, n, ppm);
TraceBack<int>(ppm, w, c, n, x);

return 0;
}
二.贪心算法求解0-1背包问题
1.贪心法的基本思路:
——从问题的某一个初始解出发逐步逼近给定的目标,以尽可能快的地求得更好的解。当达到某算法中的某一步不能再继续前进时,算法停止。
该算法存在问题:
1).不能保证求得的最后解是最佳的;
2).不能用来求最大或最小解问题;
3).只能求满足某些约束条件的可行解的范围。

实现该算法的过程:
从问题的某一初始解出发;
while 能朝给定总目标前进一步 do
求出可行解的一个解元素;
由所有解元素组合成问题的一个可行解;

2.例题分析

1).[背包问题]有一个背包,背包容量是M=150。有7个物品,物品可以分割成任意大小。
要求尽可能让装入背包中的物品总价值最大,但不能超过总容量。

物品 A B C D E F G
重量 35 30 60 50 40 10 25
价值 10 40 30 50 35 40 30

分析:
目标函数: ∑pi最大
约束条件是装入的物品总重量不超过背包容量:∑wi<=M( M=150)
(1)根据贪心的策略,每次挑选价值最大的物品装入背包,得到的结果是否最优?
(2)每次挑选所占空间最小的物品装入是否能得到最优解?
(3)每次选取单位容量价值最大的物品,成为解本题的策略。

<程序代码:>(环境:c++)
#include<iostream.h>
#define max 100 //最多物品数
void sort (int n,float a[max],float b[max]) //按价值密度排序
{
int j,h,k;
float t1,t2,t3,c[max];
for(k=1;k<=n;k++)
c[k]=a[k]/b[k];
for(h=1;h<n;h++)
for(j=1;j<=n-h;j++)
if(c[j]<c[j+1])
{t1=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=t1;
t2=b[j];b[j]=b[j+1];b[j+1]=t2;
t3=c[j];c[j]=c[j+1];c[j+1]=t3;
}
}
void knapsack(int n,float limitw,float v[max],float w[max],int x[max])
{float c1; //c1为背包剩余可装载重量
int i;
sort(n,v,w); //物品按价值密度排序
c1=limitw;
for(i=1;i<=n;i++)
{
if(w[i]>c1)break;
x[i]=1; //x[i]为1时,物品i在解中
c1=c1-w[i];
}
}
void main()
{int n,i,x[max];
float v[max],w[max],totalv=0,totalw=0,limitw;
cout<<"请输入n和limitw:";
cin>>n >>limitw;
for(i=1;i<=n;i++)
x[i]=0; //物品选择情况表初始化为0
cout<<"请依次输入物品的价值:"<<endl;
for(i=1;i<=n;i++)
cin>>v[i];
cout<<endl;
cout<<"请依次输入物品的重量:"<<endl;
for(i=1;i<=n;i++)
cin>>w[i];
cout<<endl;
knapsack (n,limitw,v,w,x);
cout<<"the selection is:";
for(i=1;i<=n;i++)
{
cout<<x[i];
if(x[i]==1)
totalw=totalw+w[i];
}
cout<<endl;
cout<<"背包的总重量为:"<<totalw<<endl; //背包所装载总重量
cout<<"背包的总价值为:"<<totalv<<endl; //背包的总价值
}
三.回溯算法求解0-1背包问题
1.0-l背包问题是子集选取问题。
一般情况下,0-1背包问题是NP难题。0-1背包
问题的解空间可用子集树表示。解0-1背包问题的回溯法与装载问题的回溯法十分类
似。在搜索解空间树时,只要其左儿子结点是一个可行结点,搜索就进入其左子树。当
右子树有可能包含最优解时才进入右子树搜索。否则将右子树剪去。设r是当前剩余
物品价值总和;cp是当前价值;bestp是当前最优价值。当cp+r≤bestp时,可剪去右
子树。计算右子树中解的上界的更好方法是将剩余物品依其单位重量价值排序,然后
依次装入物品,直至装不下时,再装入该物品的一部分而装满背包。由此得到的价值是
右子树中解的上界。
2.解决办法思路:
为了便于计算上界,可先将物品依其单位重量价值从大到小排序,此后只要顺序考
察各物品即可。在实现时,由bound计算当前结点处的上界。在搜索解空间树时,只要其左儿子节点是一个可行结点,搜索就进入左子树,在右子树中有可能包含最优解是才进入右子树搜索。否则将右子树剪去。

回溯法是一个既带有系统性又带有跳跃性的的搜索算法。它在包含问题的所有解的解空间树中,按照深度优先的策略,从根结点出发搜索解空间树。算法搜索至解空间树的任一结点时,总是先判断该结点是否肯定不包含问题的解。如果肯定不包含,则跳过对以该结点为根的子树的系统搜索,逐层向其祖先结点回溯。否则,进入该子树,继续按深度优先的策略进行搜索。回溯法在用来求问题的所有解时,要回溯到根,且根结点的所有子树都已被搜索遍才结束。而回溯法在用来求问题的任一解时,只要搜索到问题的一个解就可以结束。这种以深度优先的方式系统地搜索问题的解的算法称为回溯法,它适用于解一些组合数较大的问题。
2.算法框架:
a.问题的解空间:应用回溯法解问题时,首先应明确定义问题的解空间。问题的解空间应到少包含问题的一个(最优)解。
b.回溯法的基本思想:确定了解空间的组织结构后,回溯法就从开始结点(根结点)出发,以深度优先的方式搜索整个解空间。这个开始结点就成为一个活结点,同时也成为当前的扩展结点。在当前的扩展结点处,搜索向纵深方向移至一个新结点。这个新结点就成为一个新的活结点,并成为当前扩展结点。如果在当前的扩展结点处不能再向纵深方向移动,则当前扩展结点就成为死结点。换句话说,这个结点不再是一个活结点。此时,应往回移动(回溯)至最近的一个活结点处,并使这个活结点成为当前的扩展结点。回溯法即以这种工作方式递归地在解空间中搜索,直至找到所要求的解或解空间中已没有活结点时为止。
3.运用回溯法解题通常包含以下三个步骤:
a.针对所给问题,定义问题的解空间;
b.确定易于搜索的解空间结构;
c.以深度优先的方式搜索解空间,并且在搜索过程中用剪枝函数避免无效搜索;
#include<iostream>

using namespace std;

class Knap
{
friend int Knapsack(int p[],int w[],int c,int n );

public:
void print()
{

for(int m=1;m<=n;m++)
{
cout<<bestx[m]<<" ";
}
cout<<endl;
};

private:
int Bound(int i);
void Backtrack(int i);

int c;//背包容量
int n; //物品数
int *w;//物品重量数组
int *p;//物品价值数组
int cw;//当前重量
int cp;//当前价值
int bestp;//当前最优值
int *bestx;//当前最优解
int *x;//当前解

};

int Knap::Bound(int i)
{
//计算上界
int cleft=c-cw;//剩余容量
int b=cp;
//以物品单位重量价值递减序装入物品
while(i<=n&&w[i]<=cleft)
{
cleft-=w[i];
b+=p[i];
i++;
}
//装满背包
if(i<=n)
b+=p[i]/w[i]*cleft;
return b;
}

void Knap::Backtrack(int i)
{
if(i>n)
{
if(bestp<cp)
{
for(int j=1;j<=n;j++)
bestx[j]=x[j];
bestp=cp;
}
return;
}
if(cw+w[i]<=c) //搜索左子树
{
x[i]=1;
cw+=w[i];
cp+=p[i];
Backtrack(i+1);
cw-=w[i];
cp-=p[i];
}
if(Bound(i+1)>bestp)//搜索右子树
{
x[i]=0;
Backtrack(i+1);
}

}

class Object
{
friend int Knapsack(int p[],int w[],int c,int n);
public:
int operator<=(Object a)const
{
return (d>=a.d);
}

private:
int ID;
float d;
};

int Knapsack(int p[],int w[],int c,int n)
{
//为Knap::Backtrack初始化
int W=0;
int P=0;
int i=1;
Object *Q=new Object[n];
for(i=1;i<=n;i++)
{
Q[i-1].ID=i;
Q[i-1].d=1.0*p[i]/w[i];
P+=p[i];
W+=w[i];
}
if(W<=c)
return P;//装入所有物品
//依物品单位重量排序
float f;
for( i=0;i<n;i++)
for(int j=i;j<n;j++)
{
if(Q[i].d<Q[j].d)
{
f=Q[i].d;
Q[i].d=Q[j].d;
Q[j].d=f;
}

}

Knap K;
K.p = new int[n+1];
K.w = new int[n+1];
K.x = new int[n+1];
K.bestx = new int[n+1];
K.x[0]=0;
K.bestx[0]=0;
for( i=1;i<=n;i++)
{
K.p[i]=p[Q[i-1].ID];
K.w[i]=w[Q[i-1].ID];
}
K.cp=0;
K.cw=0;
K.c=c;
K.n=n;
K.bestp=0;
//回溯搜索
K.Backtrack(1);
K.print();
delete [] Q;
delete [] K.w;
delete [] K.p;
return K.bestp;

}

void main()
{
int *p;
int *w;
int c=0;
int n=0;
int i=0;
char k;
cout<<"0-1背包问题——回溯法 "<<endl;
cout<<" by zbqplayer "<<endl;
while(k)
{
cout<<"请输入背包容量(c):"<<endl;
cin>>c;
cout<<"请输入物品的个数(n):"<<endl;
cin>>n;
p=new int[n+1];
w=new int[n+1];
p[0]=0;
w[0]=0;

cout<<"请输入物品的价值(p):"<<endl;
for(i=1;i<=n;i++)
cin>>p[i];

cout<<"请输入物品的重量(w):"<<endl;
for(i=1;i<=n;i++)
cin>>w[i];

cout<<"最优解为(bestx):"<<endl;
cout<<"最优值为(bestp):"<<endl;
cout<<Knapsack(p,w,c,n)<<endl;
cout<<"[s] 重新开始"<<endl;
cout<<"[q] 退出"<<endl;
cin>>k;
}
四.分支限界法求解0-1背包问题
1.问题描述:已知有N个物品和一个可以容纳M重量的背包,每种物品I的重量为WEIGHT,一个只能全放入或者不放入,求解如何放入物品,可以使背包里的物品的总效益最大。

2.设计思想与分析:对物品的选取与否构成一棵解树,左子树表示不装入,右表示装入,通过检索问题的解树得出最优解,并用结点上界杀死不符合要求的结点。

#include <iostream.h>

struct good
{
int weight;
int benefit;
int flag;//是否可以装入标记
};

int number=0;//物品数量
int upbound=0;
int curp=0, curw=0;//当前效益值与重量
int maxweight=0;
good *bag=NULL;

void Init_good()
{
bag=new good [number];

for(int i=0; i<number; i++)
{
cout<<"请输入第件"<<i+1<<"物品的重量:";
cin>>bag[i].weight;
cout<<"请输入第件"<<i+1<<"物品的效益:";
cin>>bag[i].benefit;
bag[i].flag=0;//初始标志为不装入背包
cout<<endl;
}

}

int getbound(int num, int *bound_u)//返回本结点的c限界和u限界
{
for(int w=curw, p=curp; num<number && (w+bag[num].weight)<=maxweight; num++)
{
w=w+bag[num].weight;
p=w+bag[num].benefit;
}

*bound_u=p+bag[num].benefit;
return ( p+bag[num].benefit*((maxweight-w)/bag[num].weight) );
}

void LCbag()
{
int bound_u=0, bound_c=0;//当前结点的c限界和u限界

for(int i=0; i<number; i++)//逐层遍历解树决定是否装入各个物品
{
if( ( bound_c=getbound(i+1, &bound_u) )>upbound )//遍历左子树
upbound=bound_u;//更改已有u限界,不更改标志

if( getbound(i, &bound_u)>bound_c )//遍历右子树
//若装入,判断右子树的c限界是否大于左子树根的c限界,是则装入
{
upbound=bound_u;//更改已有u限界
curp=curp+bag[i].benefit;
curw=curw+bag[i].weight;//从已有重量和效益加上新物品
bag[i].flag=1;//标记为装入
}
}

}

void Display()
{

cout<<"可以放入背包的物品的编号为:";
for(int i=0; i<number; i++)
if(bag[i].flag>0)
cout<<i+1<<" ";
cout<<endl;
delete []bag;
}

Ⅲ 动态规划的0-1背包问题,请高手解释下代码

这是清华算法设计C++描述上的代码吧?呵呵 我正巧读过。
简单解释一下吧 在解释之前你要知道动态规划是一个自底向上的过程
这个算法用到了一个二维数组m[][] 来存储各个坐标的价值信息 所以横坐标表示背包号码 纵坐标表示背包容量从1到c
注意该算法只能限制c是整数且每个背包的重量也是整数.
然后int jMax=min(w[n]-1,c);找出w[n]-1和 c之间的小者。
for(int j=0;j<=jMax;j++) m[n][j]=0;表示第n个物品不选 那么所以价值为0
for(int j=w[n];j<=c;j++) m[n][j]=v[n];表示第n个物品选择 所以价值为v[n]
for(int i=n-1;i>1;i--){
jMax=min(w[i]-1,c);
for(int j=0;j<=jMax;j++) m[i][j]=m[i+1][j];
for(int j=w[i];j<=c;j++) m[i][j]=max(m[i+1][j],m[i+1][j-w[i]]+v[i]);
}
表示自n-1到2逐层计算各m[i][j]的值 每一个m[i][j]的值都是根据上一层也就是m[i][j+1] 得到的 最后处理个第一层的边界条件 m[1][c]就是所得答案了

程序员都应该精通的六种算法,你会了吗

对于一名优秀的程序员来说,面对一个项目的需求的时候,一定会在脑海里浮现出最适合解决这个问题的方法是什么,选对了算法,就会起到事半功倍的效果,反之,则可能会使程序运行效率低下,还容易出bug。因此,熟悉掌握常用的算法,是对于一个优秀程序员最基本的要求。


那么,常用的算法都有哪些呢?一般来讲,在我们日常工作中涉及到的算法,通常分为以下几个类型:分治、贪心、迭代、枚举、回溯、动态规划。下面我们来一一介绍这几种算法。


一、分治算法


分治算法,顾名思义,是将一个难以直接解决的大问题,分割成一些规模较小的相同问题,以便各个击破,分而治之。


分治算法一般分为三个部分:分解问题、解决问题、合并解。

分治算法适用于那些问题的规模缩小到一定程度就可以解决、并且各子问题之间相互独立,求出来的解可以合并为该问题的解的情况。


典型例子比如求解一个无序数组中的最大值,即可以采用分治算法,示例如下:


def pidAndConquer(arr,leftIndex,rightIndex):

if(rightIndex==leftIndex+1 || rightIndex==leftIndex){

return Math.max(arr[leftIndex],arr[rightIndex]);

}

int mid=(leftIndex+rightIndex)/2;

int leftMax=pidAndConquer(arr,leftIndex,mid);

int rightMax=pidAndConquer(arr,mid,rightIndex);

return Math.max(leftMax,rightMax);


二、贪心算法


贪心算法是指在对问题求解时,总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说,不从整体最优上加以考虑,他所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。


贪心算法的基本思路是把问题分成若干个子问题,然后对每个子问题求解,得到子问题的局部最优解,最后再把子问题的最优解合并成原问题的一个解。这里要注意一点就是贪心算法得到的不一定是全局最优解。这一缺陷导致了贪心算法的适用范围较少,更大的用途在于平衡算法效率和最终结果应用,类似于:反正就走这么多步,肯定给你一个值,至于是不是最优的,那我就管不了了。就好像去菜市场买几样菜,可以经过反复比价之后再买,或者是看到有卖的不管三七二十一先买了,总之最终结果是菜能买回来,但搞不好多花了几块钱。


典型例子比如部分背包问题:有n个物体,第i个物体的重量为Wi,价值为Vi,在总重量不超过C的情况下让总价值尽量高。每一个物体可以只取走一部分,价值和重量按比例计算。

贪心策略就是,每次都先拿性价比高的,判断不超过C。


三、迭代算法


迭代法也称辗转法,是一种不断用变量的旧值递推新值的过程。迭代算法是用计算机解决问题的一种基本方法,它利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点,让计算机对一组指令(或一定步骤)进行重复执行,在每次执行这组指令(或这些步骤)时,都从变量的原值推出它的一个新值。最终得到问题的结果。


迭代算法适用于那些每步输入参数变量一定,前值可以作为下一步输入参数的问题。


典型例子比如说,用迭代算法计算斐波那契数列。


四、枚举算法


枚举算法是我们在日常中使用到的最多的一个算法,它的核心思想就是:枚举所有的可能。枚举法的本质就是从所有候选答案中去搜索正确地解。

枚举算法适用于候选答案数量一定的情况。


典型例子包括鸡钱问题,有公鸡5,母鸡3,三小鸡1,求m钱n鸡的所有可能解。可以采用一个三重循环将所有情况枚举出来。代码如下:



五、回溯算法


回溯算法是一个类似枚举的搜索尝试过程,主要是在搜索尝试过程中寻找问题的解,当发现已不满足求解条件时,就“回溯”返回,尝试别的路径。

许多复杂的,规模较大的问题都可以使用回溯法,有“通用解题方法”的美称。


典型例子是8皇后算法。在8 8格的国际象棋上摆放八个皇后,使其不能互相攻击,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上,问一共有多少种摆法。


回溯法是求解皇后问题最经典的方法。算法的思想在于如果一个皇后选定了位置,那么下一个皇后的位置便被限制住了,下一个皇后需要一直找直到找到安全位置,如果没有找到,那么便要回溯到上一个皇后,那么上一个皇后的位置就要改变,这样一直递归直到所有的情况都被举出。


六、动态规划算法


动态规划过程是:每次决策依赖于当前状态,又随即引起状态的转移。一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的,所以,这种多阶段最优化决策解决问题的过程就称为动态规划。


动态规划算法适用于当某阶段状态给定以后,在这阶段以后的过程的发展不受这段以前各段状态的影响,即无后效性的问题。


典型例子比如说背包问题,给定背包容量及物品重量和价值,要求背包装的物品价值最大。


Ⅳ Python之动态规划算法

动态规划算法中是将复杂问题递归分解为子问题,通过解决这些子问题来解决复杂问题。与递归算法相比,动态编程减少了堆栈的使用,避免了重复的计算,效率得到显着提升。

先来看一个简单的例子,斐波那契数列.

斐波那契数列的定义如下。

斐波那契数列可以很容易地用递归算法实现:

上述代码,随着n的增加,计算量呈指数级增长,算法的时间复杂度是 。

采用动态规划算法,通过自下而上的计算数列的值,可以使算法复杂度减小到 ,代码如下。

下面我们再看一个复杂一些的例子。

这是小学奥数常见的硬币问题: 已知有1分,2分,5分三种硬币数量不限,用这些硬币凑成为n分钱,那么一共有多少种组合方法。

我们将硬币的种类用列表 coins 定义;
将问题定义为一个二维数组 dp,dp[amt][j] 是使用 coins 中前 j+1 种硬币( coins[0:j+1] )凑成总价amt的组合数。

例如: coins = [1,2,5]

dp[5][1] 就是使用前两种硬币 [1,2] 凑成总和为5的组合数。

对于所有的 dp[0][j] 来说,凑成总价为0的情况只有一种,就是所有的硬币数量都为0。所以对于在有效范围内任意的j,都有 dp[0][j] 为1。

对于 dp[amt][j] 的计算,也就是使用 coins[0:j+1] 硬币总价amt的组合数,包含两种情况计算:

1.当使用第j个硬币时,有 dp[amt-coins[j]][j] 种情况,即amt减去第j个硬币币值,使用前j+1种硬币的组合数;

2.当不使用第j个硬币时,有 dp[amt][j-1] 种情况,即使用前j种硬币凑成amt的组合数;

所以: dp[amt][j] = dp[amt - coins[j]][j]+dp[amt][j-1]

我们最终得到的结果是:dp[amount][-1]

上述分析省略了一些边界情况。

有了上述的分析,代码实现就比较简单了。

动态规划算法代码简洁,执行效率高。但是与递归算法相比,需要仔细考虑如何分解问题,动态规划代码与递归调用相比,较难理解。

我把递归算法实现的代码也附在下面。有兴趣的朋友可以比较一下两种算法的时间复杂度有多大差别。

上述代码在Python 3.7运行通过。

Ⅵ 用C语言动态规划算法实现:某一印刷厂有六项加工任务,对印刷车间和装订车间所需时间见下表

#include<stdio.h>
int job[6][2]={
{3,8},
{12,10},
{5,9},
{2,6},
{9.3},
{11,1}
};
int x[6],bestx[6],f1=0,bestf,f2[7]={0};
void try(int i);
void swap(int a,int b);
int main(void)
{
int i,j;
bestf=32767;
for(i=0;i<6;i++)
x[i]=i;
try(0);
for(i=0;i<6;i++)
printf("%d ",bestx[i]);
printf("\nbestf=%d\n",bestf);
return 0;
}
void try(int i)
{
int j;
if(i==6)
{
for(j=0;j<6;j++)
bestx[j]=x[j];
bestf=f2[i];
}
else
{
for(j=i;j<6;j++)
{
f1=f1+job[x[j]][0];
if(f2[i]>f1)
f2[i+1]=f2[i]+job[x[j]][1];
else
f2[i+1]=f1+job[x[j]][1];
if(f2[i+1]<bestf)
{
swap(i,j);
try(i+1);
swap(i,j);
}
f1=f1-job[x[j]][0];
}
}
}
void swap(int i,int j)
{
int temp;
temp=x[i];
x[i]=x[j];
x[j]=temp;
}

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