动态规划(Dynamic Programming, DP)算法采用递归的方式,将较复杂的原问题分解为较为简单的子问题,以求解原问题。
适用情况
一般情况下,我们能将问题抽象出来,并且问题满足无后效性,满足最优子结构,并且能明确的找出状态转移方程的话,就可以使用动态规划。
- 无后效性:子问题的解一旦确定,就不再改变,不受在这之后、包含它的更大的问题的求解决策影响;
- 最优子结构:局部最优解能决定全局最优解,即问题能够分解成子问题来解决;
- 重叠子问题:子问题可能会重复出现,动态规划对每个子问题只解一次,并把解保存起来,方便后续直接调用,通常用一个二维矩阵(表格)来表示不同子问题的答案, 以实现更加高效的求解。;
- 状态转移:每种状态之间目标函数值的变化公式,从状态转移公式即可判断出最优子结构是否存在。
动态规划的实现
对于解空间规模较小的问题,动态规划算法可以利用递归算法实现,相比于单纯的递归算法,动态规划会将子问题的解存储起来,对重叠子问题不需要重新求解,加快了求解速度。
对于解空间规模较大的问题,递归次数过多会导致栈溢出。通常采用非递归算法来实现动态规划算法。
经典问题
斐波那契数列(待补充)
背包问题(待补充)
卡牌游戏问题
小a和小b玩一个游戏,有n张卡牌,每张上面有两个正整数x,y。取一张牌时,个人积分增加x,团队积分增加y。求小a,小b各取若干张牌,使得他们的个人积分相等,且团队积分最大。
用例描述:
输入:
4 # n=4 组数据
3 1 # x, y
2 2
1 4
1 4
输出:10 # 团队积分最大为10
设表示两人从前张卡片中进行抽取,且个人积分差(a-b)时,团队积分的最大值。因为两人的地位是平等的,我们可以假定,因为总是成立的。的取值分情况分析:
(1)当第张卡不需要抽取时,;
(2)当第张卡需要抽取时,要么是a抽取,要么是b抽取,我们假设相对于总是往减小两人积分差的方向变化。因此,。
因此转移方程为
其中,,初始边界条件为:
# 处理输入
n = int(input())
x, y = [], []
for i in range(n):
_x, _y = list(map(int, input().split()))
x.append(_x)
y.append(_y)
# 初始化
mx = max(x) # 获取最大值,作为差的边界
dp = [[0] * (mx+1) for _ in range(n+1)] # 初始化dp
# 边界条件
dp[1][x[0]] = max(dp[1][x[0]], y[0])
for i in range(1, n):
for j in range(mx+1):
tmp1, tmp2 = 0, 0
tmp1 = dp[i-1][abs(j-x[i])] + y[i]
if j + x[i] <= mx:
tmp2 = dp[i-1][j+x[i]] + y[i]
dp[i][j] = max(dp[i-1][j], tmp1, tmp2) # 三种状态的最高得分
print(dp[i])
print(dp[n-1][0])
'''
10
'''
print(dp)
'''
[[0, 0, 0, 0],
[0, 0, 2, 0],
[0, 3, 2, 0],
[7, 6, 7, 6],
[10, 11, 10, 11]]
'''
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