動態規劃與貪心演算法之課程安排問題

2021-07-23 14:33:15 字數 2500 閱讀 7261

動態規劃演算法之課程安排

問題:教務處給某乙個教室安排課程,有很多老師都想來這個教室教授他們各自的課。假如第

i 位老師講的第ai

門課程,課程開始時間si

,結束時間為fi

。那麼教務處的老師就要利用這個時間如何安排課程,使得來這間教室上課的人數最多?

舉個例子:

最底下為時間軸,每條黑線代表一門課程。我們用

w 表示該課程有多少學生。我們看教務處安排最多有多少人來該教室上課。

分析:課程太多我無從下手。看能不能分成子問題求解。先dandc,然後dp。我們把求解過程看出一系列決策過程,在每個步驟我們都要選一門課程。假裝我們已經拿到了最優決策方案,我現在就想知道最優解中最後乙個決策到底是什麼?也就是an

你是選了還是木有選?假如選擇了,那a8

肯定不能選。為啥,時間衝突啦。那剩下的問題就是從其他幾門課選最優的。如下圖所示:

也就是說我們選擇了一門課程之後,問題規約成乙個7門課程安排問題,這樣我們繼續往下把問題變小。此外我們剛才是選啦a9

,要是我們剛剛沒選a9

,那怎麼辦呢?顯然從其他8門課程選擇,不管時間是否衝突。如下圖所示:

這裡插一句非常關鍵話:我們一開始把課程按結束時間排好序。

現在我們就可以寫出遞迴表示式了: op

t(n)

=max

⎧⎩⎨o

pt(p

re(i

))+w

iopt

(i−1

)

此處,其中pre(i)是表示第i門課程開始時已經結束的課程。

具體實現過程如下:

#include

struct coursecourse[9];

void init_course_information()

int max(int a,int b)

int pre(int n)

}return result;

}int scheduling_dp(int n)

else

}void main()

2. 貪心演算法之課程安排問題:問題:現在我們假設每個課程的人數都為1。我們的任務還是和原來一樣,選擇一些不衝突的課程,讓來該教室上課的學生人數最多,怎麼辦?當然上面的動態演算法我們可以繼續使用。但dp來解決這個問題就感覺有點慢了。為啥?還有更快的演算法?問題如下圖所示:

分析:我們來審視這個問題。原來的性質依然存在。而且還多了個性質,那就是貪心選擇的性質。它又是什麼呢?回到問題本身,可以這麼描述,假如課程ai

下課最早,那麼它肯定會出現在最優解。首先我們選最早下課的課程a1

,接下來的問題就是在藍色的方框裡面選最優解就行,如此規約。

這個時候,我們寫出遞迴表示式如下: op

t(n)

=max

⎧⎩⎨o

pt(p

re(i

))+w

iopt

(i−1

) 此處,其中pre(i)是表示第i門課程開始時已經結束的課程。

具體實現過程如下:

#include

struct coursecourse[9];

void init_course_information()

int scheduling_greedy(int n)

}return num;

}void main()

result=scheduling_greedy(n-1);

printf("最多上課人數=%d\n",result);

}

總結:動態規劃演算法和貪心演算法都是用來求解優化問題。最優子結構性質二者都要用到,但是貪心演算法還要用到貪心性質,這個不同問題,貪心性質不同。此外,每個貪心演算法的背後幾乎都有乙個動態規劃演算法。上面的這兩個問題都可用動態規劃求解。但第乙個問題卻不能用貪心演算法求解。動態規劃演算法需要在每乙個決策步列舉所有的解空間中的解,而貪心演算法不需要,依賴區域性最優解來做決策。

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