第一周 动态规划Dynamic Programming(一)
一、概念
动态规划是运筹学的一个分支,是求解决策过程最优化的数学方法。动态规划是通过拆分问题,定义问题状态和状态之间的关系,使得问题能够以递推(或者说分治)的方式去解决。
1、试用情况:
2、解决步骤:
1、拆分问题
2、找状态(初始值)
3、状态转移方程
3、DP问题的分类:
1、线性dp 2、背包 3、区间dp 4、数位dp 5、状压dp 6、树形dp 7、概率dp
4、具体典例:
A线性DP:
最长上升子序列(LIS)
/*最长上升子序列LIS---hdu1257*/
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#define maxn 100005 using namespace std; int dp[maxn],num[maxn];//dp[i]定义为以ai为结尾的最长上升子序列的长度
int main()
{
int n,i,j,ans;
//freopen("Atext.in","r",stdin);
while(cin >> n)
{
ans=;
for(i=;i<n;i++)
{
cin >> num[i];
dp[i]=; //每一个以ai为结尾的LIS只有两种情况,一种是他自身
} //另一种是它前面比它小的数的LIS加上ai
for(i=;i<n;i++)
{ //dp[i]=1的赋值也可以放到这里
for(j=;j<i;j++) //对每一个ai的前面走到它的路径循环记录
{
if(num[j]<num[i]) //选出以ai结尾的最长的路径保存
dp[i]=max(dp[j]+,dp[i]);
}
ans=max(dp[i],ans); //记录各个路径的最大值,即LIS
}
cout << ans << endl;
/*O(nlogn)的方式--利用二分查找
dp[i]:长度为i+1的上升子序列中末尾元素的最小值(不存在的话就是INF);
fill(dp,dp+n,INF);
for(int i=0;i<n;i++)
{
*lower_bound(dp,dp+n,a[i])=a[i];//找到>=a[i]的第一个元素,并用a[i]替换;
}
cout<<lower_bound(dp,dp+n,INF)-dp<<endl;//找到第一个INF的地址减去首地址就是最大子序列的长度;
*/
}
return ;
}
最长公共序列(LCS)
/*LCS----最长公共子序列*/
#include <bits/stdc++.h> #define maxn 1005
using namespace std;
char s[maxn],t[maxn]; //待判断的字符串数组
int dp[maxn][maxn]; //si与tj对应的公共子序列的长度
int main()
{
int i,j,n,m;
cin >> n >> m;
for(i=;i<n;i++)
cin >> s[i];
for(j=;j<m;j++)
cin >> t[j];
for(i=;i<n;i++)
{
for(j=;j<m;j++)
{
if(s[i]==t[j])
dp[i+][j+]=dp[i][j]+;
else
dp[i+][j+]=max(dp[i][j+],dp[i+][j]);
}
}
cout << dp[n][m] << endl;
return ;
}
//自我心得:感觉无论是01背包还是LCS的二维数组都记录了每一种可能组合的状态,并且是该组合状态下的最优化值
//通过记录每一步状态的转移,一步步递推出最终的结果。
B.背包(有背包九讲):
01背包
/*01背包(递归版)*/
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#define maxn 1005
using namespace std; int n,W; //int dp[n][j]; 第i个物体,背包容量为j时的价值
int w[maxn],v[maxn];
int res(int i,int j) //第i个物体,背包剩余容量j;
{
/*if(dp[i][j]>=0) 记忆化搜索,每种情况只计算一次
return dp[i][j];*/
int ans; //背包里的总价值
if(i==n) //i个物体取或不取得情况都试完了;
ans=;
else if(j<w[i]) //此物体的重量大于背包容量,一定不能取,直接下一个
ans=res(i+,j);
else
{ //取或不取的价值--递归调用
ans=max(res(i+,j),res(i+,j-w[i])+v[i]);
}
//dp[i][j]=ans;参数的组合只有n*W种,计算过的组合就存起来
return ans;
}
int main()
{
int i,j;
//memset(dp,-1,sizeof(dp));
cin >> n >> W; //n个物体,背包容量为W
for(i=;i<n;i++)
cin >> w[i] >> v[i] ;//输入每个物体的容量和价值
cout << res(,W) << endl;//从第i个物体开始,挑选总重小于等于j的部分;
return ;
}
/*01背包(普通版)*/
#include <bits/stdc++.h>
#define maxn 100
using namespace std; int w[maxn],v[maxn];//n个物体的重量及价值
int dp[maxn][maxn]; //前i个物体在背包容量为j的情况下的价值的最大值
int main()
{
int n,W,i,j;
cin >> n >> W;
memset(dp,,sizeof(dp));
for(i=;i<n;i++)
cin >> w[i];
for(j=;j<n;j++)
cin >> v[j];
for(i=;i<n;i++) //无论从前往后递推还是从后往前递推,其实都是记录所有的状态
{
for(j=;j<=W;j++)
{
if(w[i]>j)
dp[i+][j]=dp[i][j]; //dp[i+1][j]:从0到i这i+1个物体中选出总重量不超过j的物体时总价值的最大值
else
dp[i+][j]=max(dp[i][j],dp[i][j-w[i]]+v[i]);
}
}/*01 背包循环利用单数组实现
for(i=0;i<n;i++)
{
for(j=W;j>=W[i];j--) //循环利用一个数组,只记录前i个物体在背包的各种状态下的最优值。
{ //即dp数组在背包的各个容量下的最优值。
dp[j]=max(dp[j],dp[j-W[i]]+v[i]);
}
} */
cout << dp[n][W] << endl;
return ;
}
//自我心得:n个物体与j容量的背包,组合情况有n*j种,dp二维数组其实就是记录每一种状态下的最优化的值;
//然后通过状态转移方程对状态一步步将结果递推转移出来;
完全背包
#include <bits/stdc++.h>
#define maxn 100
/*完全背包*/
using namespace std;
int dp[maxn][maxn];
int w[maxn],v[maxn];
int main()
{
int n,W,i,j;
cin >> n >> W;
for(i=;i<n;i++)
cin >> w[i];
for(i=;i<n;i++)
cin >> v[i];
for(i=;i<n;i++)
{
for(j=;j<=W;j++)
{
if(j<w[i])
dp[i+][j]=dp[i][j];
else //在dp[i+1][j]的计算中选择k(k>=1)个的情况,与在dp[j+1][j-W[i]]的计算中选择k-1个的情况是相同的。
dp[i+][j]=max(dp[i][j],dp[i+][j-w[i]]+v[i]);
}
}/*
for(int i=0;i<n;i++)
{
for(int j=w[i];j<=W;j++)//针对背包容量dp,只存最优值。
{
dp[j]=max(dp[j],dp[j-w[i]]+v[i]);
}
} */
cout << dp[n][W] << endl;
return ;
}
//自我心得:感觉单数组就是针对每一种背包容量情况,循环n个物体,将dp数组里不断地存入最优化的值
//PS:还可利用滚动数组,当数据限制改变也可用DP针对不同的价值计算最小的重量
//如:dp[i+1][j]:前i个物体中挑出价值总和为j时总重量的最小值。
数位dp及状压dp见(二)……
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