动态规划之矩阵连乘

题目描述:

                给定n个矩阵{A1,A2,…,An},其中,Ai与Ai+1是可乘的,(i=1,2 ,…,n-1)。用加括号的方法表示矩阵连乘的次序,不同的计算次序计算量(乘法次数)是不同的,找出一种加括号的方法,使得矩阵连乘的次数最小。

例如:

                  A1是A(5*10)的方阵;

                  A2是A(10*100)的方阵;

                  A3是A(100*2)的方阵;

那么有两种加括号的方法:

  1. (A1A2)A3;

     2.   A1(A2A3);

     第一种方法的计算量:5*10*100+5*100*2=6000;

     第二种方法的计算量:10*100*2+5*10*2=2100;

     可以看出不同计算方法计算量差别很大。

问题分析:

1. 矩阵连乘的条件:第一个矩阵的列等于第二个矩阵的行,此时两个矩阵是可乘的;

2. 多个矩阵连乘的结果矩阵,其行列等于第一个矩阵的行和最后一个矩阵的列;

3.两个矩阵相乘的计算量:

例如:A(3*2),B(2*4)

 可知总执行次数为:3*2*4=24.

所以矩阵Am*n和Bn*k的乘法运算次数为:m*n*k;

4.矩阵连乘AiAi+1Ai+2……Aj的最优解问题

假设在第k位置上找到最优解,则问题变成了两个子问题:(AiAi+1……Ak),(Ak+1……Aj)

m[i][j]表示矩阵连乘的最优值,那么两个子问题对应的最优值变成m[i][k],m[k+1][j];

矩阵Am的行数为Pm,列数为qm,矩阵是可连乘的,即相邻矩阵qm=Pm+1,所以(AiAi+1……Ak)可表示为Pi * qk,

(Ak+1……Aj)可表示为Pk+1 * qj,qk = Pk+1.则两个矩阵连乘的乘法次数为Pi * Pk+1 * qj。

5.矩阵连乘最优值递归式:

代码实现:

#include<iostream>
#include<cstring> 
using namespace std;

const int size=100;
int p[size];
int m[size][size],s[size][size];
int n;

void matrixchain()
{
	int i,r,j,k;
	memset(m,0,sizeof(m));
	memset(s,0,sizeof(s));//初始化数组
	for(r=2;r<=n;r++)//矩阵连乘的规模为r 
	{
		for(i=1;i<=n-r+1;i++)
		{
			j=i+r-1;
			m[i][j]=m[i+1][j]+p[i-1]*p[i]*p[j];//对m[][]开始赋值
			s[i][j]=i;//s[][]存储各子问题的决策点
			for(k=i+1;k<j;k++)//寻找最优值
			{
				int t=m[i][k]+m[k+1][j]+p[i-1]*p[k]*p[j];
				if(t < m[i][j])
				{
					m[i][j]=t;
					s[i] [j]=k;
				}
			}
		}
	}
}

void print(int i,int j)
{
	if(i == j)
	{
		cout<<"A["<<i<<"]";
		return;
	}
	cout<<"(";
	print(i,s[i][j]);
	print(s[i][j]+1,j);//递归1到s[1][j]
	cout<<")";
}

int main()
{
	cout<<"请输入矩阵的个数n : "<<endl;
	cin>>n;
	int i,j;
	cout<<"请依次输入每个矩阵的行数和最后一个矩阵的列数:"<<endl;
	for(i=0;i<=n;i++)
		cin>>p[i];
	matrixchain(); 
	print(1,n);
	cout<<endl;
	cout<<"最小计算量的值为:"<<m[1][n]<<endl;
	
	return 0;
}

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