算法——动态规划

一、动态规划

动态规划问题是面试题中的热门话题,如果要求一个问题的最优解(通常是最大值或者最小值),而且该问题能够分解成若干个子问题,并且小问题之间也存在重叠的子问题,则考虑采用动态规划。

使用动态规划特征: 
1. 求一个问题的最优解 
2. 大问题可以分解为子问题,子问题还有重叠的更小的子问题 
3. 整体问题最优解取决于子问题的最优解(状态转移方程) 
4. 从上往下分析问题,从下往上解决问题 
5. 讨论底层的边界问题

动态规划的重点:递归方程+边界条件

二、实例讲解

1.初级  

(1)背包问题:有n 个物品,它们有各自的重量和价值,现有给定容量的背包,如何让背包里装入物品具有最大价值总和?

未完待续。。

 三、总结

1.能用动规解决的问题的特点

 1) 问题具有最优子结构性质。如果问题的最优解所包含的 子问题的解也是最优的,我们就称该问题具有最优子结 构性质。

 2) 无后效性。当前的若干个状态值一旦确定,则此后过程的演变就只和这若干个状态的值有关,和之前是采取哪种手段或经过哪条路径演变到当前的这若干个状态,没有关系。

2.递归到动规的一般转化方法

递归函数有n个参数,就定义一个n维的数组,数组的下标是递归函数参数的取值范围,数组元素的值是递归函数的返回值,这样就可以从边界值开始, 逐步填充数组,相当于计算递归函数值的逆过程。 

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3. 动规解题的一般思路

1. 将原问题分解为子问题

  •     把原问题分解为若干个子问题,子问题和原问题形式相同或类似,只不过规模变小了。子问题都解决,原问题即解决(数字三角形例)。
  •     子问题的解一旦求出就会被保存,所以每个子问题只需求 解一次。

2.确定状态

  •     在用动态规划解题时,我们往往将和子问题相关的各个变量的一组取值,称之为一个“状 态”。一个“状态”对应于一个或多个子问题, 所谓某个“状态”下的“值”,就是这个“状 态”所对应的子问题的解。
  •     所有“状态”的集合,构成问题的“状态空间”。“状态空间”的大小,与用动态规划解决问题的时间复杂度直接相关。 在数字三角形的例子里,一共有N×(N+1)/2个数字,所以这个问题的状态空间里一共就有N×(N+1)/2个状态。

    整个问题的时间复杂度是状态数目乘以计算每个状态所需时间。在数字三角形里每个“状态”只需要经过一次,且在每个状态上作计算所花的时间都是和N无关的常数。

3.确定一些初始状态(边界状态)的值

    以“数字三角形”为例,初始状态就是底边数字,值就是底边数字值。

4. 确定状态转移方程

     定义出什么是“状态”,以及在该“状态”下的“值”后,就要找出不同的状态之间如何迁移――即如何从一个或多个“值”已知的 “状态”,求出另一个“状态”的“值”(递推型)。状态的迁移可以用递推公式表示,此递推公式也可被称作“状态转移方程”。

    数字三角形的状态转移方程:

    

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