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  • 动态规划略有所得 数字三角形(POJ1163)

    在上面的数字三角形中寻找一条从顶部到底边的路径,使得路径上所经过的数字之和最大。路径上的每一步都只能往左下或 右下走。只需要求出这个最大和即可,不必给出具体路径。 三角形的行数大于1小于等于100,数字为 0 - 99

        输入格式:

        5      //表示三角形的行数    接下来输入三角形

        7

        3   8

        8   1   0

        2   7   4   4

        4   5   2   6   5

        要求输出最大和

    用递归解决很简单,从上到下遍历一边。

    从第一行第一个开始寻找,判断左下或右下哪一个更大,用缓存数组提高效率

    1     if (i>=n||j>=n) {
    2         return 0;
    3     }
    4     if (cache[i][j] != -1) {
    5         return cache[i][j];
    6     }
    7     return cache[i][j]=Math.max(maxSum(i+1, j, n), maxSum(i+1,j+1,n))+num[i][j];
    8     

    但是递归的效率很慢,不是一个好方法。

    那么动态规划呢。

    从下至上,首先计算最底层 。底层是无需计算的,保存即可。

    下一步计算倒数第二层。

    那么用循环就可以很简单的计算出最上面的第一行第一个即为所求

     1 public class POJ1163 {
     2     public static void main(String[] args) {
     3         Scanner sc = new Scanner(System.in);
     4         int n = sc.nextInt();
     5         int[][] num = new int[n][n];
     6         int[][] cache = new int[n][n];
     7         int i = 0;
     8         while (i < n) {
     9             int j = 0;
    10             while (j <= i) {
    11                 num[i][j] = sc.nextInt();
    12                 j++;
    13             }
    14             i++;
    15         }
    16         for (int j = 0; j < n; j++) {
    17             Arrays.fill(cache[j], -1);
    18         }
    19         long startTime=System.currentTimeMillis();   //获取开始时间
    20         System.out.println(maxSum(0,0,n,cache,num));
    21         long endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
    22         System.out.println("程序运行时间: "+(endTime-startTime)+"ms");
    23          
    24         int[][] cal = new int[n][n];
    25         startTime=System.currentTimeMillis();   //获取开始时间
    26         for (i  = 0; i < n; i++) {
    27             cal[n-1][i] = num[n-1][i]; //保存最后一行就可以了
    28         }      
    29         for ( i = n-2; i >= 0; i--) {
    30             for (int j = 0; j <= i; j++) {
    31                 cal[i][j] = Math.max(cal[i+1][j], cal[i+1][j+1])+num[i][j];
    32             }
    33         }
    34         System.out.println(cal[0][0]);
    35         endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
    36         System.out.println("程序运行时间: "+(endTime-startTime)+"ms");
    37         
    38     }
    39     public static int maxSum(int i,int j, int n, int[][] cache,int [][] num) {
    40         if (i>=n||j>=n) {
    41             return 0;
    42         }
    43         if (cache[i][j] != -1) {
    44             return cache[i][j];
    45         }
    46         return cache[i][j]=Math.max(maxSum(i+1, j, n,cache,num), maxSum(i+1, j+1,n,cache,num))+num[i][j];
    47     }
    48 
    49 }

    还有一种节省空间的方法 用一维数组保存最大值

    1     int[] cal1 = new int[n];
    2     for (i  = 0; i < n; i++) {
    3         cal1[i] = num[n-1][i]; //sikao
    4     } 
    5     for ( i = n-2; i >= 0; i--) {
    6         for (int j = 0; j <= i; j++) {
    7             cal1[j] = Math.max(cal1[j], cal1[j+1])+num[i][j];
    8         }
    9     }

        接下来,我们就进行一下总结:

        递归到动规的一般转化方法

        递归函数有n个参数,就定义一个n维的数组,数组的下标是递归函数参数的取值范围,数组元素的值是递归函数的返回值,这样就可以从边界值开始, 逐步填充数组,相当于计算递归函数值的逆过程。

        动规解题的一般思路

        1. 将原问题分解为子问题

    •     把原问题分解为若干个子问题,子问题和原问题形式相同或类似,只不过规模变小了。子问题都解决,原问题即解决(数字三角形例)。
    •     子问题的解一旦求出就会被保存,所以每个子问题只需求 解一次。

        2.确定状态

    •     在用动态规划解题时,我们往往将和子问题相关的各个变量的一组取值,称之为一个“状 态”。一个“状态”对应于一个或多个子问题, 所谓某个“状态”下的“值”,就是这个“状 态”所对应的子问题的解。
    •     所有“状态”的集合,构成问题的“状态空间”。“状态空间”的大小,与用动态规划解决问题的时间复杂度直接相关。 在数字三角形的例子里,一共有N×(N+1)/2个数字,所以这个问题的状态空间里一共就有N×(N+1)/2个状态。

        整个问题的时间复杂度是状态数目乘以计算每个状态所需时间。在数字三角形里每个“状态”只需要经过一次,且在每个状态上作计算所花的时间都是和N无关的常数。

        3.确定一些初始状态(边界状态)的值

        以“数字三角形”为例,初始状态就是底边数字,值就是底边数字值。

        4. 确定状态转移方程

         定义出什么是“状态”,以及在该“状态”下的“值”后,就要找出不同的状态之间如何迁移――即如何从一个或多个“值”已知的 “状态”,求出另一个“状态”的“值”(递推型)。状态的迁移可以用递推公式表示,此递推公式也可被称作“状态转移方程”。

        数字三角形的状态转移方程:

        
      

        能用动规解决的问题的特点

        1) 问题具有最优子结构性质。如果问题的最优解所包含的 子问题的解也是最优的,我们就称该问题具有最优子结 构性质。

        2) 无后效性。当前的若干个状态值一旦确定,则此后过程的演变就只和这若干个状态的值有关,和之前是采取哪种手段或经过哪条路径演变到当前的这若干个状态,没有关系。

     
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