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五大常規演算法:分治法,動態規劃演算法,回朔法,貪心演算法,分支定界法

2021-04-26 10:39:17 軟體設計

這里寫目錄標題

  • 五大常規演算法
    • 動態規劃演算法
      • 回溯演算法
      • 貪心演算法
      • 分支定界法

五大常規演算法

兩部分組成:
分(divide):遞回解決較小的問題
治(conquer):然后從子問題的解構建原問題的解

三個步驟

  1. 分解(Divide):將原問題分解為若干個規模較小,相互獨立,與原問題形式相同的子問題;
  2. 解決(Conquer):若子問題規模較小而容易被解決則直接解決,否則遞回地解各個子問題;
  3. 合并(Combine):將各個子問題的解合并為原問題的解.

將 16 枚硬幣分為左右兩個部分,各為 8 個硬幣,分別稱重,必然會有一半輕一半重,而我們要的就是輕的那組,重 的舍去,接下來我們繼續對輕的進行五五分
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動態規劃演算法

分治法核心思想:從上往下分析問題,大問題可以分解為子問題,子問題中還有更小的子問題

  1. 動態規劃也是一種分治思想,但與分治演算法不同的是,分治演算法是把原問題分解為若干子問題, 自頂向下,求解各子問題,合并子問題的解從而得到原問題的解,
  2. 動態規劃也是自頂向下把原問 題分解為若干子問題,不同的是,然后自底向上,先求解最小的子問題,把結果存盤在表格中, 在求解大的子問題時,直接從表格中查詢小的子問題的解,避免重復計算,從而提高演算法效率,

什么時候要用動態規劃?

  1. 如果要求一個問題的最優解(通常是最大值或者最小值),而且該問題能夠分解成若干個子問題, 并且小問題之間也存在重疊的子問題,則考慮采用動態規劃,

怎么使用動態規劃?

  1. 判題題意是否為找出一個問題的最優解
  2. 從上往下分析問題,大問題可以分解為子問題,子問題中還有更小的子問題
  3. . 從下往上分析問題 ,找出這些問題之間的關聯
  4. 討論底層的邊界問題
  5. 解決問題(通常使用陣列進行迭代求出最優解)

回溯演算法

  1. 在問題的解空間中,按深度優先遍歷策略,從根節點出發搜索解空間樹,
  2. 演算法搜索至解空間 的任意一個節點時,先判斷該節點是否包含問題的解,
  3. 如果確定不包含,跳過對以該節點為根的 子樹的搜索,逐層向其祖先節點回溯,否則進入該子樹,繼續深度優先搜索,
  4. 回溯法解問題的所有解時,必須回溯到根節點,且根節點的所有子樹都被搜索后才結束,回 溯法解問題的一個解時,只要搜索到問題的一個解就可結束,

回溯的基本步驟:

  1. 定義問題的解空間
  2. 確定易于搜索的解空間結構
  3. 以深度優先搜索的策略搜索解空間,并在搜索程序中盡可能避免無效搜索

貪心演算法

特點:

  1. 貪婪演算法(貪心演算法)是指在對問題進行求解時,在每一步選擇中都采取最好或者最優(即最有利)的選擇,從而希望能夠導致結果是最好或者最優的演算法,
  2. 貪婪演算法所得到的結果往往不是最優的結果(有時候會是最優解),但是都是相對近似(接近)最 優解的結果,
  3. 貪婪演算法并沒有固定的演算法解決框架,演算法的關鍵是貪婪策略的選擇,根據不同的問題選擇 不同的策略,

基本思路:

  1. 建立數學模型來描述問題
  2. 把求解的問題分成若干個子問題
  3. 對每一子問題求解,得到子問題的區域最優解
  4. 把子問題對應的區域最優結合成原來整個問題的一個近似最優解

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分支定界法

特點:

  1. 分支定界 (branch and bound) 演算法是一種在問題的解空間上搜索問題的解的方法,
  2. 但與回溯演算法不同,分支定界演算法采用廣度優先或最小耗費優先的方法搜索解空間樹,并且,在分支定界算 法中,每一個活結點只有一次機會成為擴展結點,

利用分支定界演算法對問題的解空間樹進行搜索,它的搜索策略是:

  1. 產生當前擴展結點的所有孩子結點;
  2. 在產生的孩子結點中,拋棄那些不可能產生可行解(或最優解)的結點;
  3. 將其余的孩子結點加入活結點表;
  4. 從活結點表中選擇下一個活結點作為新的擴展結點,
  5. 如此回圈,直到找到問題的可行解(最優解)或活結點表為空,

從活結點表中選擇下一個活結點作為新的擴展結點,根據選擇方式的不同,分支定界演算法通 常可以分為兩種形式:

  1. FIFO(First In First Out) 分支定界演算法:按照先進先出原則選擇下一個活結點作為擴展結 點,即從活結點表中取出結點的順序與加入結點的順序相同,
  2. 最小耗費或最大收益分支定界演算法:在這種情況下,每個結點都有一個耗費或收益,
  3. 假如要查找一個具有最小耗費的解,那么要選擇的下一個擴展結點就是活結點表中具有最小 耗費的活結點.
  4. 假如要查找一個具有最大收益的解,那么要選擇的下一個擴展結點就是活 結點表中具有最大收益的活結點,

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