如何理解動態規劃?

2021-10-13 07:23:08 字數 3158 閱讀 5921

long time ago, 當我剛看到動態規劃這個響亮的大名時,瞬間陷入了沉思,腦中浮想聯翩,揣摩著這個演算法應該很帶感。

查了一下維基百科(不建議你閱讀)

動態規劃在尋找有很多重疊子問題的情況的最佳解時有效。它將問題重新組合成子問題。為了避免多次解決這些子問題,它們的結果都逐漸被計算並被儲存,從簡單的問題直到整個問題都被解決。因此,動態規劃儲存遞迴時的結果,因而不會在解決同樣的問題時花費時間。

動態規劃只能應用於有最佳子結構的問題。最佳子結構的意思是區域性最佳解能決定全域最佳解(對有些問題這個要求並不能完全滿足,故有時需要引入一定的近似)。簡單地說,問題能夠分解成子問題來解決。

看了上面這一段之後,我完全懵逼了。

然後找了乙個入門動態規劃的簡單例子(斐波那契數列),看懂後,再看看這四個響亮的大字"動態規劃",我更加混亂了。

當查了許多資料,確認自己最終理解後,再看這四個大字"動態規劃",我。。。。

說好的動態呢?這明明是高中數列題的魔改版好嗎?這是誰取的名字,我真看不出這演算法**動態了!這望文生義害人不淺啊。如果我來命名,可能會取:分步規劃,分步儲存法, 遞推儲存法,數列遞推法,狀態轉移法.....但我就是想不出動態規劃啊。

所以,入門動態規劃第一條:切忌望文生義,切忌用名字反推算法!

古語有云:talk is cheap,show me the code。接下來用3個例子印證上面的思想,例子均用python3(不懂沒關係看備註)。例子是從簡單,困難到地獄級別的題目。

斐波那契數列(簡單)

斐波那契數列:0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233……

它遵循這樣的規律:當前值為前兩個值的和。

那麼第  ​個值為多少?

2. 動態規劃

# 狀態轉移函式(目標1)

def f(pattern, i, string, j, results):

# 當前是星號

if pattern[i] == '*':

m_ij = pattern[i - 1] == string[j] or pattern[i - 1] == '.'

r = results[i - 2][j] | results[i - 1][j] | results[i][j - 1] & m_ij

# 當前不是星號

else:

m_ij = pattern[i] == string[j] or pattern[i] == '.'

r = results[i - 1][j - 1] & m_ij

return r

# 主匹配函式

def is_match(string, pattern):

# 初始化二維陣列(目標2)

len_string = len(string) + 1 # 給二維陣列加哨兵,所以+1

len_pattern = len(pattern) + 1

results = [[false] * len_string for i in range(len_pattern)]

results[0][0] = true

pattern = '_' + pattern # 相容哨兵

string = '_' + string

# 異常處理

if len_pattern == len_string == 1:

return true

if len_pattern == 1:

return false

if pattern[0] == '*':

return false

# 外迴圈遍歷pattern(目標3)

for i in range(1, len_pattern):

# 這裡是哨兵處理相關(與星號的情況1相關)

if pattern[i] == '*':

results[i][0] = results[i - 2][0]

# 內迴圈遍歷string(目標3)

for j in range(1, len_string):

# 狀態轉移函式(目標1),以及復用中間結果(目標2)

results[i][j] = f(pattern, i, string, j, results)

return results[-1][-1]

if __name__ == '__main__':

string = "aab"

pattern = "c*a*b"

result = is_match(string, pattern) # 結果為true

以上三個例子的空間複雜度是可以進一步優化的,這與動態規劃的思想關係不大,不做細說,讀者自己思考完成。

動態規劃與其說是乙個演算法,不如說是一種方**。該方**主要致力於將合適的問題拆分成三個子目標一一擊破:

建立狀態轉移方程

快取並復用以往結果

按順序從小往大算

完成該三個目標,你將所向披靡。

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