动态规划之钢条切割

本文探讨如何使用动态规划解决钢条切割问题,以获取最大收益。通过分析和递归解法,揭示了问题的最优子结构性质,并提供了一个自底向上的扩展DP算法,不仅计算最大收益,还记录了最优切割方案。详细步骤和实例解析帮助理解问题的解决过程。

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题目:给一个 n 英寸长的杆子和一个包含所有小于 n 的尺寸的价格. 确定通过切割杆并销售碎片可获得的最大值.例如,如果棒的长度为8,并且不同长度部件的值如下,则最大可获得值为 22(通过切割两段长度 2 和 6 )

分析:

场景:把长钢条切割为短钢条出售。切割工序本身无成本。求最佳切割方案。

假定:出售一段长度为 i 英寸的钢条的价格为Pi(i = 1, 2, …, )单位:$,钢条长度均为整英寸。下图为价格表。


问题描述:给定一段长度为n英寸的钢条和一个价格表,求切割方案,使销售收益Rn最大。注:若长度为n英寸的钢条的价格Pn足够大,最优解可能就是完全不需要切割。

考虑长度为4的情况,下图给出了4英寸钢条的所有切割方案。

切成两段各长2英寸的钢条,将产生P2 + P2 = 5 + 5 = 10 的收益,为最优解。

长度为n英寸的钢条共有2^(n-1)种不同切割方案,因为在距离钢条左端 i (i=1, 2, … , n-1)英寸处,总是可以选择切割或者不切割。用普通的加法符号表示切割方案,因此7=2+2+3表示将长度为7的钢条切割为3段:2英寸,2英寸,3英寸。

若一个最优解将钢条切割为k段(1≤k≤n),那么最优切割方案 n = i1 + i2 + … + ik.

将钢条切割为长度分别为i1, i2, … , ik的小段,得到的最大收益为 Rn = Pi1 + Pi2+…+Pik

对于上面表格的价格样例,可以观察所有最优收益值Ri (i: 1~10)以及最优方案:

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