學習筆記動態規劃 I 初識DP

更新日期：2018/3/16，2018/12/03

動態規劃，簡稱dp(dynamic programming)

簡介1簡介2

動態規劃十分奇妙，它可以變身為記憶化搜尋，變身為遞推，甚至有時可以簡化成乙個小小的算式。

動態規劃十分靈活，例如 noip2018 pj t3 擺渡車，寫法有很多很多，但時間、記憶體卻各有差異。

動態規劃十分簡單，有時候乙個小小的轉移方程就能解決問題。

動態規劃十分深奧，有時你會死也想不出合適的轉移方程，有時你會被後效性困擾，有時動態規劃的同時還有許多蜜汁優化。

動態規劃在noip中十分重要，我目前為止參加的\(noip_ \& noip_\)都有一道動態規劃，而且都是\(t3\)。(估計普及考綱比較窄，要出難題只有dp了)

還是這道題...... 數塔問題！！！

這裡我們選擇動態規劃來解決.

我們不難理解，對於每乙個元素，它到頂層的最大值是確定的，也就是說，從頂層到任何乙個元素的最大值都是確定的.比如，對於第3層的第2個元素6，頂層到它的最大值只有乙個（9 + 15 + 6 = 30）（但不代表路徑只有一條），不會改變.

所以，我們用乙個陣列dp來儲存從元素(i, j)到底層的最大值.

#define maxn 100
int dp[maxn + 5][maxn + 5];

仔細觀察分析，不難發現，對於每乙個元素dp[i][j],都存在

dp[i][j] = max( dp[i + 1][j], dp[i + 1][j + 1] ) + a[i][j];

即每乙個元素到(1, 1)的最大值都是上一層與它相連的兩個元素中較大的乙個，再加上這個元素本身的值. 最後的答案即為dp[1][1].

不過，我們自頂向下分析，但是卻要自底向上實現，即從最頂層開始分析，寫**時卻要注意for語句要倒過來寫：

for ( int i = n; i >= 1; --i )
for ( int j = 1; j <= i; ++j )
dp[i][j] = max( dp[i + 1][j], dp[i + 1][j + 1] ) + a[i][j];

為什麼會這樣呢？其實不難分析，在算dp[i][j]時，你必須確保dp[i + 1][j]和dp[i + 1][j + 1]已經完成，如果沒有完成，dp[i + 1][j]和dp[i + 1][j + 1]的值就是錯誤的，算出的dp[i][j]也是錯誤的，這樣結果就不對了。而反過來做，你就會發現i從大的開始，在做dp[i][j]的時候dp[i + 1][1 ~ n]都已經做過了。還有，要注意，動態規劃的初始化很重要，有時初始化就會決定你結果對不對。這裡的初始化很簡單，現在給出兩種方法：

memset( dp[n + 1], 0, sizeof( dp[n + 1] ) );//即把dp[n + 1][0...]全部初始化為0.
for ( int i = 1; i <= n; ++i )
dp[i] = a[i];
//下面這個與上面等價：
copy( a[n] + 1, a[n] + n + 1, dp[n] );// copy( 開始位址, 結束位址, 放到的陣列 ); copy( a, a + n, b );即為把a陣列下標為0~n按次序複製到b陣列.
//當然，這樣寫，實現時要注意少一層迴圈：(下面這個是修改後的)
for ( int i = n - 1; i >= 1; --i )
for ( int j = 1; j <= i; ++j )
dp[i][j] = max( dp[i + 1][j], dp[i + 1][j + 1] ) + a[i][j];
//至於為什麼這樣，這裡不再贅述，請自己思考.

這裡再完整地放一放**，實在不會寫的可以參考.

#includeusing namespace std;
#define maxn 100
int c, n;
int a[maxn + 5][maxn + 5];
int dp[maxn + 5][maxn + 5];
void solve()
int main()

事實上，可以做乙個優化：去掉dp陣列，直接用a陣列來做：(節約空間，人人有責)

#includeusing namespace std;
#define maxn 100
int c, n;
int a[maxn + 5][maxn + 5];
void solve()
int main()

至於為什麼，請諸位自己理解（很好理解的，選個小一點的資料自己算一算就知道了）。

怎麼樣，找到些感覺了吧？現在我們來學習怎麼寫動態規劃的程式.

第一步，我們要觀察題目是否可以用動態規劃實現。怎麼判斷呢？我們要看它是否可以分成幾個階段，如上題，可以分成1~n層共n個階段，每個階段還可以分成1~i個元素共i個小階段。然後，我們要看看每個階段的答案是不是確定的，上題中，每乙個元素到底層的最大值就是確定的。再看看每個階段是不是有關聯，如果有，還要確定有什麼關聯，是否對於每乙個階段都滿足。

第二步，就是確定關聯啦。怎麼確定呢？我們要仔細分析題目，觀察每兩個階段之間的關係。動態規劃的重點也就在這裡，關聯確定了，動態規劃基本上就可以寫下來了。

第三步，確定邊界條件，比如，上題就要把dp[n+1][...]全部賦值為0，否則就會出錯。

除此之外，還要確定完成的順序，要做某個階段，它需要用到的階段必須先做完。

當然，有時還要新增滾動陣列、優化等。

這樣，乙個動態規劃程式就完成啦。

當然，動態規劃還有許多分支（揹包dp、區間dp等），以上講的都是最表皮的。那些難一點的，都只好下次再講吧。

最好拿點題目來練一下：洛谷的dp

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