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動態規劃總結

2021-10-28 09:05:07 其他

1.矩陣連乘問題:

問題描述:
矩陣連乘問題是通過給矩陣連乘時加括號,使得總的計算量最小,

問題分析:

狀態轉移方程:

再根據狀態轉移方程進行填表,右上角即為所求值,

例如,連乘矩陣個數為6,維數分別為:

填表方式如下圖所示:

2.最長公共子序列問題:

問題描述: 最長公共子序列,英文縮寫為LCS(Longest Common Subsequence),其定義是,一個序列 S ,如果分別是兩個或多個已知序列的子序列,且是所有符合此條件序列中最長的,則 S 稱為已知序列的最長公共子序列,

狀態轉移方程:

f[i,j] = max{f[i-1][j -1] + same(i,j),f[i-1,j],f[i,j-1]}

其中,same(a,b)當 X 的第 a 位與 Y 的第 b 位相同時為"1",否則為"0",

例如求ABCBDAB和BDCABA的LCS

灰色且帶箭頭的部分即為所有的LCS的字符

3.最大子段和問題:

題目描述:
給出一段序列,選出其中連續且非空的一段使得這段和最大,

轉移方程:dp[i] = max(0, dp[i - 1]) + a[i];

分析:如果說dp[i - 1]小于0,具體些就是以a[i - 1]這個數為結尾的最大子段和小于0的話,那么還不如說就不要前面的數,只留下一個a[i]呢,反之,若dp[i - 1]大于0,那么就讓dp[i] = dp[i - 1] + num[i],這樣可以更大些,最后取值為max{dp[i]}

4.凸多邊形最優三角剖分:

題目描述:

用多邊形頂點的逆時針序串列示凸多邊形,即P={v0,v1,…,vn-1}表示具有n條邊的凸多邊形,

 給定凸多邊形P,以及定義在由多邊形的邊和弦組成的三角形上的權函式w,要求確定該凸多邊形的三角剖分,使得即該三角剖分中諸三角形上權之和為最小,

解題思路:

  若凸(n+1)邊形P={v0,v1,…,vn-1}的最優三角剖分T包含三角形v0vkvn,1≤k≤n-1,則T的權為3個部分權的和:三角形v0vkvn的權,子多邊形{v0,v1,…,vk}和{vk,vk+1,…,vn}的權之和,可以斷言,由T所確定的這2個子多邊形的三角剖分也是最優的,因為若有{v0,v1,…,vk}或{vk,vk+1,…,vn}的更小權的三角剖分將導致T不是最優三角剖分的矛盾,

那么我們定義一個t[i][j],1<=i<=j<=N,為凸子多邊形{vi-1,vi,…,vj}的最優三角剖分所對應的權函式值,即其最優值,據此定義,要計算的凸(n+1)邊形P的最優權值為t[1][n],

  t[i][j]的值可以利用最優子結構性質遞回地計算,當j-i≥1時,凸子多邊形至少有3個頂點,由最優子結構性質,t[i][j]的值應為t[i][k]的值加上t[k+1][j]的值,再加上三角形vi-1vkvj的權值,其中i≤k≤j-1,由于在計算時還不知道k的確切位置,而k的所有可能位置只有j-i個,因此可以在這j-i個位置中選出使t[i][j]值達到最小的位置,由此,t[i][j]可遞回地定義為:

對于要求的t[1][n],可以用通過由下至上的,從鏈長(多邊形的邊)為2開始計算,每次求t[i][j]的最小值,并且記錄最小值所對應的K值,根據最優子結構的性質,逐步向上就可以求出t[1][n]的最小值,

類似的,求三角劃分頂點的乘積的最小值問題,也是一樣的,

5.多邊形游戲

給定N個頂點的多邊形,每個頂點標有一個整數,每條邊上標有+(加)或是×(乘)號,并且N條邊按照順時針依次編號為1~N,

游戲規則 :(1) 首先,移走一條邊, (2) 然后進行下面的操作: 選中一條邊E,該邊有兩個相鄰的頂點,不妨稱為V1和V2,對V1和V2頂點所標的整數按照E上所標運算子號(+或是×)進行運算,得到一個整數;用該整數標注一個新頂點,該頂點代替V1和V2 , 持續進行此操作,直到最后沒有邊存在,即只剩下一個頂點,該頂點的整數稱為此次游戲的得分(Score),

2、問題分析:

解決該問題可用動態規劃中的最優子結構性質來解,

設所給的多邊形的頂點和邊的順時針序列為op[1],v[1],op[2],v[2],op[3],…,op[n],v[n] 其中,op[i]表示第i條邊所對應的運算子,v[i]表示第i個頂點上的數值,i=1~n,

3.最優子結構性質

設所給的多邊形的頂點和邊的順時針序列為op[1],v[1],op[2],v[2],op[3],…,op[n],v[n] 其中,op[i]表示第i條邊所對應的運算子,v[i]表示第i個頂點上的數值,i=1~n,
在所給的多邊形中,從頂點i(1<=i<=n)開始,長度為j(鏈中有j個頂點)的順時針鏈p(i,j)可表示為v[i],op[i+1],…,v[i+j-1],如果這條鏈的最后一次合并運算在op[i+s]處發生(1<=s<=j-1),則可在op[i+s]處將鏈分割為兩個子鏈p(i,s)和p(i+s,j-s),
設m[i,j,0]是鏈p(i,j)合并的最小值,而m[i,j,1]是最大值,若最優合并在op[i+s]處將p(i,j)分為兩個長度小于j的子鏈的最大值和最小值均已計算出,即:
a=m[i,s,0] b=m[i,s,1] c=m[i+s,j-s,0] d=m[i+s,j-s,1]


(1) 當op[i+s]=’+’時
m[i,j,0]=a+c ;m[i,j,1]=b+d

該鏈的最優性由子鏈的最優性決定,最大值對應于子鏈的最大值,最小值對應于子鏈的最小值,

(2) 當op[i+s]=’*’時
m[i,j,0]=min{ac,ad,bc,bd} ; m[i,j,1]=max{ac,ad,bc,bd}
由于v[i]可能取負數,子鏈的最大值相乘未必能得到主鏈的最大值,但是注意到,主鏈的最大值和最小值可以由子鏈的最大最小值得到,


由于最優斷開位置s有1<=s<=j-1的j-1中情況, 初始邊界值為 m[i,1,0]=v[i] 1<=i<=n m[i,1,1]=v[i] 1<=i<=n

可以得到遞回運算式,將p(i,j)在op[i+s]處斷開的最大值記為maxf(i,j,s),最小值記為minf(i,j,s)則:

因為多變形式封閉的,在上面的計算中,當i+s>n時,頂點i+s實際編號為(i+s)mod n,按上述遞推式計算出的m[i,n,1]記為游戲首次洗掉第i條邊后得到的最大得分,

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