动态规划算法

最新推荐文章于 2023-12-26 19:54:50 发布

fannk

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文章标签：动态规划算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fannk/article/details/84007145

动态规划主要指的现阶段的所做决策最优决策加上将来所做的最优决策组合起来肯定是最优决策，它需要满足三个条件：

1.最优化原理（最优子结构性质）：一个最优化策略的子策略总是最优的。一个问题满足最优化原理又称其具有最优子结构性质

2.无后向性：将各阶段按照一定的次序排列好之后，对于某个给定的阶段状态，它以前各阶段的状态无法直接影响它未来的决策，而只能通过当前的这个状态

3.子问题的重叠性：。动态规划实质上是一种以空间换时间的技术，它在实现的过程中，不得不存储产生过程中的各种状态，所以它的空间复杂度要大于其它的算法

详细介绍参见http://www.ahhf45.com/info/Data_Structures_and_Algorithms/algorithm/technique/dynamic_programming/chapter3.htm

接下来会列举几个经典题目，及解法：

1.0/1背包问题

题目：给定一个载重量为m，n个物品，其重量为w_i，价值为v_i，1<=i<=n，要求:把物品装入背包，并使包内物品价值最大

解题思路：每一个对象都只有两种状态，一种是在箱子里面，另一种是不在箱子里面，那么当重量相同的时候，我们可以去当前对象在箱子里面和当前对象不再箱子里面两种情况中的最佳值作为最优解，并记录下来。

是否满足3个特征：1.它满足最优化原理，既当对于前面判断好的对象，在某个具体的重量上的价值都是最优化的。

2.以前的对象是不是放到箱子里面，对后面的对象没有影响。

3.存储了以前的最优状态

算法的具体实现：

package com.fnk.acm;

public class Package {
	private static int PackageWeight = 15;
	private static int[] objectWeights = new int[] { 2, 6, 4, 7, 9 };
	private static int[] objectValues = new int[] { 1, 6, 5, 9, 4 };

	private static int[][] value = new int[objectWeights.length + 1][];

	//初始化对象
	private static void init() {
		for (int i = 0; i < value.length; i++) {
			value[i] = new int[PackageWeight + 1];
		}
		
		for (int i = 0; i < value.length; i++) {
			for (int j = 0; j <= PackageWeight; j++) {
				value[i][j] = -1;
			}
		}
	}

	public static int getMaxValue() {
		init();
		for (int i = 1; i < value.length; i++) {
			for (int j = 1; j <= PackageWeight; j++) {
				//首先将 重量为j的ID为i-1的value值 赋值给重量为j的ID为i的对象。这个 我们可以想象成第i的对象不放到箱子里面去。那样重量不变，价值额不变
				value[i][j] = value[i - 1][j];
				//当第 i个对象的重量小于J并且， value[i][j] < value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]]+ objectValues[i - 1].
				//此处我们假设 i为2，j为10. objectWeights[1]为5，那么value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]] = value[1][5],objectValues[i - 1]
				//指第2个对象的重量。那么整句的意思是，需要去判断一下，不妨第二个对象的价值大，还是第二个对象进去的价值大，取大的那个。
				if (objectWeights[i - 1] <= j
						&& value[i][j] < value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]]
								+ objectValues[i - 1]) {
					//当第i个对象的重量等于j或者当value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]]不为-1的时候才能将第I个对象放进箱子里
					//当value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]] = -1的时候，其实里面是没有放对象的，那么其实重量为0，那么把它当成重量为j - objectWeights[i - 1]就没有意义了
					if (j == objectWeights[i - 1]){
						value[i][j]= objectValues[i - 1];
					}else if(value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]] != -1){
						value[i][j] = value[i - 1][j - objectWeights[i - 1]]
													+ objectValues[i - 1];
					}
				}
			}
		}
		int maxValue = 0;
		int weight = 0;
		for (int i = 1; i <= PackageWeight; i++) {
			if (value[objectWeights.length][i] > maxValue) {
				maxValue = value[objectWeights.length][i];
				weight = i;
			}
		}
		System.out.print("Max Value:" + maxValue + ",Weigth:" + weight);
		return 0;
	}

	public static void main(String[] args) {
		Package.getMaxValue();
	}
}

2.求两地最短路径算法

解题思路，从目的地开始往后遍历。如果某一点有到目的地更近的方案，就记录下来。

是否满足3个特征：1.它满足最优化原理，如果当前节点到目的地的路径有n条，那么前n个点的最优解加上前个节点到当前节点的距离之和的最优解也就是当前节点到目的在的最优解

2.是否经过当前节点和以前的状态没有关系

3.存储了以前的最优状态

package com.fnk.acm;

public class MinPath {
   private static char node[] = {'A','B','C','D','E','F','G'};  
   private static int array[][]=  
     {        /*  A  B  C  D  E  F  G*/  
           /*A*/ {0, 5, 2, 0, 0, 0, 0},  //      B -3- D   
           /*B*/ {0, 0, 0, 3, 2, 0, 0},  //     /  /     /4   
           /*C*/ {0, 0, 0, 0, 7, 4, 0},  //   /5    2/     /_   
           /*D*/ {0, 0, 0, 0, 0, 0, 4},  //  A         E -3- G   
           /*E*/ {0 ,0, 0, 0, 0, 0, 3},  //    /2    /     /   
           /*F*/ {0, 0, 0, 0, 0, 0, 5},  //      / /7    /5     
           /*G*/ {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}   //       C -4- F   
     };  
   
  
   
   public static int getMinRoutineVal( )  
   {  
    int len = array[0].length;
       int ret=0;  
       int sr[] = new int[len];  
       int way[] = new int[len];  
       int i,j,temp;  
       sr[len-1] = 0;  
       way[len-1] = len-1;  
       for(i=len-2; i>=0; i--)  //计算每点的最小routine value.从根向顶层遍历   
       {  
           sr[i] = 0;  
           way[i] = 0;  
           for(j=i+1; j<len; j++)  
           {  
               if(array[i][j] != 0)  
               {  
                   temp = sr[j]+array[i][j];  
                   if(sr[i] == 0 || temp < sr[i])  
                   {  
                       sr[i] = temp;  
                       way[i] = j;  
                   }  
               }             
           }  
       }  
       PrintWay(way);
       ret = sr[0];  
       return ret;  
   }
   
   public static void PrintWay(int way[])    //打印路径   
   {  
       int i=0;
       int len = way.length;
       while(i != len-1)  
       {  
        System.out.println(node[i]);  
           i = way[i];  
       }  
       System.out.println(node[i]);  
   }

   
   
   public static void main(String[] args){
    //MinPath.getMinPath();
    MinPath.getMinRoutineVal();
   }
}