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动态规划初步(一)

时间:2017-02-06 19:30:18      阅读:433      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:int   开始   变量   学生   line   这不   规划   16px   src   

                          动态规划初步

前言:

         定个小目标,10天之内学会动态规划的简单问题,解决一小部分动态规划。

正文:

        对于动态规划完全是小白的,可以看看http://www.cnblogs.com/sdjl/articles/1274312.html。

        以LRJ紫书为参考。

       第一题:

         http://acm.nyist.net/JudgeOnline/problem.php?pid=16

         描述有n个矩形,每个矩形可以用a,b来描述,表示长和宽。矩形X(a,b)可以嵌套在矩形Y(c,d)中当且仅当a<c,b<d或者b<c,a<d(相当于旋转X90度)。

        例如(1,5)可以嵌套在(6,2)内,但不能嵌套在(3,4)中。你的任务是选出尽可能多的矩形排成一行,使得除最后一个外,每一个矩形都可以嵌套在下一个矩形内。

        输入

      第一行是一个正正数N(0<N<10),表示测试数据组数,
      每组测试数据的第一行是一个正正数n,表示该组测试数据中含有矩形的个数(n<=1000)
      随后的n行,每行有两个数a,b(0<a,b<100),表示矩形的长和宽

         输出

    每组测试数据都输出一个数,表示最多符合条件的矩形数目,每组输出占一行。

结题报告:

          dp两大难点:dp(i)是什么?dp转移方程是什么?

          矩形嵌套是一种二元关系,可以用图来表示,G[i][j]。G[i][j]表示的是第i个矩形可以嵌套在第j个。由于一个矩形不可能嵌套自己,所以G[i][i]不存在,G[j][i]也不存在。那就是说这是单向的无环图。选出尽可能多的矩形排成一行,那么前面可以嵌套在后面。这不就是一条递增的直线吗?于是,我们用dp(i)表示从第i个矩形出发,所能到达的最长路径。接下来是转态转移方程。由于我们是用图来表示的G[i][j],那么第一步只能是i到j。方程就是:dp(i)=max{dp(j)+1} 。

               

 1 int dp(int i)
 2 {
 3     int& ans = d[i];
 4     if (ans > 0) return ans;
 5     ans = 1;
 6     for (int j = 0; j < n; j++){
 7         if (G[i][j])
 8             ans = max(ans, dp(j) + 1);
 9     }
10     return ans;
11 }

这里用到了C++里的引用,好处是在dp变量多维情况下使用。

代码里使用了记忆化搜索,dp首先是要初始化为0的。记忆化搜索,我的理解就是首先标记数组。在使用的时候,如果发生了变化,就直接返回。

       第二题:硬币问题。

         题目:有n种硬币,面值分别为V1,V2,...Vn,每种都有无限多。给定非负整数S,可以选用多少个硬币,使得面值之和恰好为S?输出硬币数目的

最小值和最大值!

       分析:没有比Hawstein的这篇博客写的更好了。下面是原文。有点啰嗦,看完必有收获。

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       如果我们有面值为1元、3元和5元的硬币若干枚,如何用最少的硬币凑够11元? (表面上这道题可以用贪心算法,但贪心算法无法保证可以求出

解,比如1元换成2元的时候)

      首先我们思考一个问题,如何用最少的硬币凑够i元(i<11)?为什么要这么问呢? 两个原因:1.当我们遇到一个大问题时,总是习惯把问题的规模变

小,这样便于分析讨论。 2.这个规模变小后的问题和原来的问题是同质的,除了规模变小,其它的都是一样的, 本质上它还是同一个问题(规模变小后的

问题其实是原问题的子问题)。

        好了,让我们从最小的i开始吧。当i=0,即我们需要多少个硬币来凑够0元。 由于1,3,5都大于0,即没有比0小的币值,因此凑够0元我们最少需

要0个硬币。 这时候我们发现用一个标记来表示这句“凑够0元我们最少需要0个硬币。

      那么, 我们用d(i)=j来表示凑够i元最少需要j个硬币。于是我们已经得到了d(0)=0, 表示凑够0元最小需要0个硬币。当i=1时,只有面值为1元的硬

币可用, 因此我们拿起一个面值为1的硬币,接下来只需要凑够0元即可,而这个是已经知道答案的, 即d(0)=0。所以,d(1)=d(1-1)+1=d(0)+1=0+1=1。

当i=2时, 仍然只有面值为1的硬币可用,于是我拿起一个面值为1的硬币, 接下来我只需要再凑够2-1=1元即可(记得要用最小的硬币数量),而这个答案也

已经知道了。 所以d(2)=d(2-1)+1=d(1)+1=1+1=2。

      一直到这里,你都可能会觉得,好无聊, 感觉像做小学生的题目似的。因为我们一直都只能操作面值为1的硬币!耐心点, 让我们看看i=3时的情况。

当i=3时,我们能用的硬币就有两种了:1元的和3元的( 5元的仍然没用,因为你需要凑的数目是3元!5元太多了亲)。 既然能用的硬币有两种,我就有两

种方案。如果我拿了一个1元的硬币,我的目标就变为了: 凑够3-1=2元需要的最少硬币数量。即d(3)=d(3-1)+1=d(2)+1=2+1=3。 这个方案说的

是,我拿3个1元的硬币;第二种方案是我拿起一个3元的硬币, 我的目标就变成:凑够3-3=0元需要的最少硬币数量。即d(3)=d(3-3)+1=d(0)+1=0+1=1.

这个方案说的是,我拿1个3元的硬币。好了,这两种方案哪种更优呢? 记得我们可是要用最少的硬币数量来凑够3元的。所以, 选择d(3)=1,怎么来的呢?

具体是这样得到的:d(3)=min{d(3-1)+1, d(3-3)+1}。

       上文中d(i)表示凑够i元需要的最少硬币数量,我们将它定义为该问题的”状态”, 这个状态是怎么找出来的呢?我在另一篇文章中写过: 根据子问题定义状

态。你找到子问题,状态也就浮出水面了。 最终我们要求解的问题,可以用这个状态来表示:d(11),即凑够11元最少需要多少个硬币。 那状态转移方程是什

么呢?既然我们用d(i)表示状态,那么状态转移方程自然包含d(i), 上文中包含状态d(i)的方程是:d(3)=min{d(3-1)+1, d(3-3)+1}。没错, 它就是状态

转移方程,描述状态之间是如何转移的。当然,我们要对它抽象一下,

d(i)=min{ d(i-vj)+1 },其中i-vj >=0,vj表示第j个硬币的面值;

有了状态和状态转移方程,这个问题基本上也就解决了。当然了,Talk is cheap,show me the code!

伪代码如下:

技术分享

下图是当i从0到11时的解:

技术分享

从上图可以得出,要凑够11元至少需要3枚硬币。

此外,通过追踪我们是如何从前一个状态值得到当前状态值的, 可以找到每一次我们用的是什么面值的硬币。比如,从上面的图我们可以看出, 最终结果d(11)=d(10)+1(面值为1),而d(10)=d(5)+1(面值为5),最后d(5)=d(0)+1 (面值为5)。所以我们凑够11元最少需要的3枚硬币是:1元、5元、5元。

 1 void dp_coin(int i, int num)
 2 {
 3     if (i == 0)
 4     {
 5         dp[i] = 0;
 6         dp_coin(1, num);
 7         return;
 8     }
 9     else
10     {
11         int MIN = 10010;
12         for (int j = 0; j<3; j++)
13         {
14             if (i >= coin[j])
15             {
16                 MIN = min(dp[i - coin[j]] + 1, MIN);
17             }
18         }
19         dp[i] = MIN;
20         if (i == num)
21             return;
22         else
23             dp_coin(i + 1, num);
24     }
25 }

 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

第三题  硬币找零

         http://acm.nyist.net/JudgeOnline/problem.php?pid=995

     输入

    输入数据: 
    第 1 行,为 N 和 T,其中 1≤N≤50 为硬币系统中不同硬币数;1≤T≤100000 为需要用硬币找零的总数。 
    第 2 行为 N 个数值不大于 65535 的正整数,它们是硬币系统中各硬币的面值。
    当n,t同时为0时结束。输出输出数据: 
    如 T 能被硬币系统中的硬币找零,请输出最少的找零硬币数。 
    如 T 不能被硬币系统中的硬币找零,请输出剩下钱数最少的找零方案中的最少硬币数。样例输入

 4 12
 10 7 5 1

   样例输出

  2

         在debug模式下,watch窗口,单步观察利用完全背包方法计算此题的过程。

技术分享

 

 

参考资料:

1.  《算法竞赛》刘汝佳

2.     作者:Hawstein
        出处:http://hawstein.com/posts/dp-novice-to-advanced.html
        声明:本文采用以下协议进行授权: ,转载请注明作者及出处。

3.     https://yq.aliyun.com/articles/35294

动态规划初步(一)

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原文地址:http://www.cnblogs.com/leonardju/p/6369544.html

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