演算法基礎篇 4 貪心與動歸

2021-07-27 12:08:18 字數 1717 閱讀 4609

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貪婪,是一種本性。無後效性的貪婪,稱為貪心演算法;而全域性貪婪,則稱為動態規劃。那麼,貪心和動歸的具體思想是什麼?分別又是如何實現的?

貪心演算法(greedy algorithm),是一種在每一步選擇中都採取當前狀態下最好或最優(即最有利)的選擇,從而希望導致結果是最好或最優的演算法。其在有最優子結構問題中尤為有效,最優子結構的意思是區域性最優解能決定全域性最優解。

舉個例子直觀感受一下:超級書架

題目描述:給你n個高度分別為hi的物體,和乙個高度為b的書架,並且保證這些物體的高度之和大於等於書架的高度b。問從這n個物體中最少要取出多少個,使得這些取出來的物體所堆起來的總高度不小於書架的高度b。

解法:此題具備無後效性,是一道典型的貪心演算法題。無後效性是指某個狀態以前的過程不會影響以後的狀態,只與當前狀態有關。因此每次我們只需選取剩餘最高的物體,直到高度之和超過書架為止即為答案。

動態規劃(dynamic programming)是解決多階段最優化問題的一種思想方法。動態規劃的關鍵是動態轉移方程,很多情況下其編碼實現非常簡單。基本實現方法可分為如下兩步:

遞推由當前狀態推導後面的狀態,更加強調階段性。

遞迴記憶化搜尋,由前面狀態得出當前狀態,一般承認階段性。

同樣,我們還是通過舉例子來直觀感受,不妨就舉乙個與超級書架相似的例子:揹包問題

題目描述:乙個容量為m的揹包,現在有n個體積為ni的物品,如何裝包才能讓揹包容量的利用率最大?

分析:由於此題不滿足「無後效性」,因此如果按照貪心策略裝包,很有可能得不到最優解。比如對於容量為10的揹包,假設有5個體積依次為(6, 5, 3, 3, 2)的物品,貪心策略會從大到小裝包,因此體積為6和3的物品被選出,揹包容量利用率為90%。但最優的策略應該是將體積為5、3和2的物品裝包,此時利用率能達到100%。此時則不能用貪心演算法,而需要用動態規劃來解。

解法:此題是乙個典型的簡化版01揹包問題,動態轉移方程為:f(m) = f(m - k)。其中m為當前計算的容量,0 < m <= m,k為每個物品的體積。外層迴圈遍歷物體體積,內層迴圈從大到小遍歷揹包容量。這裡多說一句,如果是重複揹包問題(每種物品可取多次),內層迴圈則需改為從小到大遍歷揹包容量。

典型的動態規劃問題還有飛彈攔截字串距離最長公共子串行等。敬請期待下節內容最短路

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筆記內容 課程 概念 很多情況下列舉意味著使用迴圈 一般性 完備性 分析原子 區域性 整體 技巧 概念 分析 技巧 性質 分析 確定狀態 確定初始 邊界狀態的值 確定狀態轉移方程 技巧 比較 技巧 技巧 分析 設定冗餘陣列 使用乙個自增變數進行序列列舉 壓縮多個01狀態至單個變數 剪枝 優先進行列舉...

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