凸多边形最优三角剖分(算法设计:动态规划)

一、动态规划

      和分治法类似,把原问题划分成若干个子问题,不同的是,分治法(子问题间互相独立),动态规划(子问题不独立)

      动态规划:

(1)找出最优解的性质,刻画其结构特征

(2)递归地定义最优值

(3)自底向上,计算最优值

(4)构造最优解

动态规划算法的基本性质有:最优子结构性质和子问题重叠性质

二、凸多边形最优三角剖分

三角剖分将多边形分割成互不想交的三角形的弦的集合

权函数定义在多边形的边和弦

最优三角剖分:弦的和值最小

主要的思路:动态规划的思想就是,找出最优解的性质,刻画其结构特征,递归地定义最优值,自底向上,计算最优值,构造最优解

是一种自底向上的算法,最优三角剖分类似于矩阵连乘,唯一不同的就是最后w的部分,w是指Vi-1Vk,VkVj,Vi-1Vj三条边的加和,最好画图加以辅助理解,不然很难思考

(1)凸多边形的三角剖分将凸多边形分割成互不相交的三角形的弦的集合T。

    (2)最优剖分给定凸多边形P,以及定义在由多边形的边和弦组成的三角形上的权函数w。要求确定该凸多边形的三角剖分,使得该三角剖分中诸三角形上权之和为最小。

     凸多边形三角剖分如下图所示:

          2、最优子结构性质

     若凸(n+1)边形P={V0,V1……Vn}的最优三角剖分T包含三角形V0VkVn,1<=k<=n,则T的权为三个部分权之和:三角形V0VkVn的权,多边形{V0,V1……Vk}的权和多边形{Vk,Vk+1……Vn}的权之和。如下图所示:

          可以断言,由T确定的这两个子多边形的三角剖分也是最优的。因为若有{V0,V1……Vk}和{V0,V1……Vk}更小权的三角剖分,将导致T不是最优三角剖分的矛盾。因此,凸多边形的三角剖分问题具有最优子结构性质。

         3、递推关系:

     设t[i][j],1<=i<j<=n为凸多边形{Vi-1,Vi……Vj}的最优三角剖分所对应的权值函数值,即其最优值。最优剖分包含三角形Vi-1VkVj的权,子多边形{Vi-1,Vi……Vk}的权,子多边形{Vk,Vk+1……Vj}的权之和。

      因此,可得递推关系式:

     凸(n+1)边形P的最优权值为t[1][n]。

     

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