动态规划1
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动态规划算法及其在序列比对中应用分析序列比对是生物信息学中一个重要的问题,用于比较两个或多个生物序列的相似性和差异性。
在序列比对过程中,动态规划算法是一种常用和有效的方法。
本文将介绍动态规划算法的基本原理和应用,并深入分析其在序列比对中的应用。
1. 动态规划算法基本原理动态规划算法是一种通过把问题分解为相互重叠的子问题,并通过将每个子问题的解存储起来来解决复杂问题的方法。
它通常用于处理具有重叠子问题和最优子结构特性的问题。
动态规划算法的核心思想是将原问题拆解成若干个子问题,通过计算每个子问题的最优解来得到原问题的最优解。
这个过程可以通过建立一个状态转移方程来实现,即找到子问题之间的关联关系。
2. 动态规划在序列比对中的应用序列比对是生物信息学研究中常见的任务之一,用于比较两个或多个生物序列的相似性和差异性。
动态规划算法在序列比对中被广泛应用,最为著名的例子是Smith-Waterman算法和Needleman-Wunsch算法。
2.1 Smith-Waterman算法Smith-Waterman算法是一种用于局部序列比对的动态规划算法。
它通过为每个可能的比对位置定义一个得分矩阵,并计算出从每个比对位置开始的最优比对路径来找到最优的局部比对。
Smith-Waterman算法的基本思路是从比对矩阵的右下角开始,根据得分矩阵中每个位置的得分值和其周围位置的得分值进行计算,并记录下最大得分值及其对应的路径。
最终,通过回溯从最大得分值开始的路径,得到最优的局部比对结果。
2.2 Needleman-Wunsch算法Needleman-Wunsch算法是一种用于全局序列比对的动态规划算法。
它通过为每个比对位置定义一个得分矩阵,并通过计算出从第一个比对位置到最后一个比对位置的最优比对路径来找到最优的全局比对。
Needleman-Wunsch算法的基本思路与Smith-Waterman算法类似,但不同之处在于需要考虑序列的开头和结尾对比对结果的影响。
动态规划结温估计
动态规划是一种常用的算法思想,可以用于解决各种优化问题,包括结温估计问题。
结温估计问题是指在电路设计中,通过计算电路中各个器件的功耗和温度分布,来估计电路最终的结温。
结温估计的准确性对于保证电路的稳定性和可靠性非常重要。
使用动态规划解决结温估计问题的一种常见方法是通过分阶段
的方式进行计算。
具体步骤如下:
1. 定义状态:将电路划分为多个小片段,并将每个小片段的状态定义为电路中某个器件的状态,包括电流、电压、功耗和温度等。
2. 确定状态转移方程:根据电路的拓扑结构和电路特性,确定各个小片段之间的状态转移规律。
这些规律可以通过电路方程、能量守恒等物理原理来建立。
3. 确定目标函数:将计算目标转化为对目标函数的最大化或最小化问题。
在结温估计中,通常希望最小化电路的结温或功耗。
4. 建立递推关系:使用递推关系来计算每个小片段的状态,并基于状态转移方程和目标函数进行优化。
这可以通过动态规划的思想来实现,通过迭代计算每个小片段的状态并更新目标函数的值。
5. 完成估计:当所有小片段的状态计算完成后,可以得到整个电路的功耗和温度分布,从而估计电路的结温。
需要注意的是,结温估计是一个复杂的问题,涉及到电路特性、材料特性、热传导等多个方面的知识。
因此,建议在进行结温估计时,
除了采用动态规划方法外,还应结合其他建模和仿真工具,以综合评估电路的热特性和温度分布。
动态规划的基本概念与方法动态规划(Dynamic Programming,简称DP)是解决一类最优化问题的一种方法,也是算法设计中的重要思想。
动态规划常用于具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。
它将问题分解为子问题,并通过求解子问题的最优解来得到原问题的最优解。
动态规划的基本概念是“最优子结构”。
也就是说,一个问题的最优解可以由其子问题的最优解推导出来。
通过分解问题为若干个子问题,可以形成一个递归的求解过程。
为了避免重复计算,动态规划使用一个表格来保存已经计算过的子问题的解,以便后续直接利用。
这个表格也被称为“记忆化表”或“DP表”。
动态规划的基本方法是“状态转移”。
状态转移指的是,通过已求解的子问题的解推导出更大规模子问题的解。
常用的状态转移方程可以通过问题的递推关系定义。
通过定义好状态转移方程,可以通过迭代的方式一步步求解问题的最优解。
在动态规划中,通常需要三个步骤来解决问题。
第一步,定义子问题。
将原问题划分为若干个子问题。
这些子问题通常与原问题具有相同的结构,只是规模更小。
例如,对于计算斐波那契数列的问题,可以定义子问题为计算第n个斐波那契数。
第二步,确定状态。
状态是求解问题所需要的所有变量的集合。
子问题的解需要用到的变量就是状态。
也就是说,状态是问题(解决方案)所需要的信息。
第三步,确定状态转移方程。
状态转移方程通过已求解的子问题的解推导出更大规模子问题的解。
通常情况下,状态转移方程可以通过问题的递推关系确定。
在实际应用中,动态规划常用于求解最优化问题。
最优化问题可以归纳为两类:一类是最大化问题,另一类是最小化问题。
例如,最长递增子序列问题是一个典型的最大化问题,而背包问题是一个典型的最小化问题。
动态规划的优势在于可以解决许多复杂问题,并且具有可行的计算复杂度。
但是,动态规划也有一些限制。
首先,动态规划要求问题具有重叠子问题和最优子结构性质,不是所有问题都能够满足这两个条件。
其次,动态规划需要存储计算过的子问题的解,对于一些问题来说,存储空间可能会非常大。
动态规划的状态转移方程动态规划是一种常用的求解最优化问题的方法,广泛应用于计算机科学、数学和经济学等领域。
在动态规划中,状态转移方程是关键步骤,它描述了问题的状态如何从一个状态转移到下一个状态。
本文将详细介绍动态规划的状态转移方程及其应用。
一、动态规划的基本原理动态规划是一种将复杂问题分解成更小且重叠的子问题来求解的方法。
它的基本思想是利用已经计算过的子问题的解来求解当前问题的解,从而避免重复计算,提高计算效率。
二、状态转移方程的定义状态转移方程是动态规划中的重要概念,它描述了问题的状态如何从一个阶段转移到下一个阶段。
状态转移方程通常使用递推的方式来表示,即通过已知状态推导出未知状态。
在解决最优化问题时,我们通常需要定义一个目标函数,通过优化目标函数来求解最优解。
状态转移方程可以将目标函数从一个阶段递推到另一个阶段,从而求解出最优解。
三、状态转移方程的形式状态转移方程的形式可以根据具体问题的特点灵活定义。
一般来说,状态转移方程包括以下几个要素:1. 状态的定义:将问题划分为若干个阶段,并定义每个阶段的状态。
状态可以是一个变量、一个数组或其他数据结构。
2. 状态转移的定义:描述问题的状态如何从一个阶段转移到下一个阶段。
状态转移可以使用数学表达式、递归方程或其他形式表示。
3. 初始状态和边界条件:确定问题的起始状态和终止状态,并定义边界条件。
四、举例说明以经典的背包问题为例,我们来看一下如何使用状态转移方程解决问题。
背包问题是一个经典的组合优化问题,给定一个背包的容量和一组物品,每个物品有一个重量和一个价值,需要选择一些物品放入背包中,使得背包的总重量不超过容量,且总价值最大。
在解决背包问题时,我们可以将其划分为若干个阶段,每个阶段表示选择第i个物品放入背包的决策。
我们可以定义一个二维数组dp[i][j]来表示在前i个物品中,背包容量为j时的最大价值。
状态转移方程可以表示为:dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-w[i]] + v[i])其中,dp[i-1][j]表示不选择第i个物品时的最大价值,dp[i-1][j-w[i]] + v[i]表示选择第i个物品时的最大价值。
动态规划算法的常见实例动态规划算法是一种将复杂问题分解为简单子问题来解决的算法,它可被应用于多个领域中,如经济学、生物学、计算机科学等。
在本文中,我们将详细讨论动态规划算法的常见实例。
一、最长公共子序列问题最长公共子序列(LCS)问题是一个经典的计算机科学问题,它要求在两个字符串中找到最长的相同连续子序列。
例如,对于字符串“ABCD”和“ACDF”,最长公共子序列为“ACD”。
使用动态规划方法来解决LCS问题。
首先定义一个m行n列的二维矩阵,其中m和n分别表示两个字符串的长度。
然后,使用以下递推关系:1. 如果一个字符串的长度为0,LCS为0。
2. 如果两个字符不相同,则LCS为它们的前一个字符集合和它们的后一个字符集合的最大值。
3. 如果两个字符相同,则LCS为它们的前一个字符集合和它们的后一个字符集合所组成的子序列中的最大值加1。
最后,矩阵右下角的值就是LCS的长度。
二、背包问题背包问题(Knapsack problem)是一个经典的组合优化问题,被广泛应用于计算机科学和其他领域。
在一个决策者必须决定是否将某些物品放入背包中的场景中,背包问题就发挥了作用。
具体来说,我们要解决的问题是:对于一个固定容量的背包,有一些物品,它们的重量和价值都不同,如何在不超过背包容量的前提下,使所装载物品的总价值最大化。
一种解决方案是使用动态规划方法。
定义一个二维数组,其行表示物品,列表示背包大小。
然后,使用以下递推关系:1. 如果所考虑的物品重量大于背包容量,则不选此物品。
2. 否则,在选取该物品和不选该物品两种情况中选择最优解作为最终结果。
最后,矩阵中右下角的值就是最大的总价值。
三、矩阵链乘法矩阵链乘法是一种计算矩阵乘积的优化算法。
它使用动态规划算法来确定矩阵乘积的最小值。
对于一个长度为n的矩阵链,我们可以定义一个n×n 的矩阵M,其中第i行第j列的元素Mi,j表示第i个矩阵与第j个矩阵相乘的最小次数。
动态规划法的⼀般⽅法在学习动态规划法之前,我们先来了解动态规划的⼏个概念1、阶段:把问题分成⼏个相互联系的有顺序的⼏个环节,这些环节即称为阶段。
2、状态:某⼀阶段的出发位置称为状态。
3、决策:从某阶段的⼀个状态演变到下⼀个阶段某状态的选择。
4、状态转移⽅程:前⼀阶段的终点就是后⼀阶段的起点,前⼀阶段的决策选择导出了后⼀阶段的状态,这种关系描述了由k阶段到k+1阶段状态的演变规律,称为状态转 移⽅程。
动态规划法的定义:在求解问题中,对于每⼀步决策,列出各种可能的局部解,再依据某种判定条件,舍弃那些肯定不能得到最优解的局部解,在每⼀步都经过筛选,以每⼀步都是最优解来保证全局是最优解,这种求解⽅法称为动态规划法。
⼀般来说,适合于⽤动态规划法求解的问题具有以下特点:1、可以划分成若⼲个阶段,问题的求解过程就是对若⼲个阶段的⼀系列决策过程。
2、每个阶段有若⼲个可能状态3、⼀个决策将你从⼀个阶段的⼀种状态带到下⼀个阶段的某种状态。
4、在任⼀个阶段,最佳的决策序列和该阶段以前的决策⽆关。
5、各阶段状态之间的转换有明确定义的费⽤,⽽且在选择最佳决策时有递推关系(即动态转移⽅程)。
动态规划设计都有着⼀定的模式,⼀般要经历以下⼏个步骤:1、划分阶段:按照问题的时间或空间特征,把问题分为若⼲个阶段。
2、确定状态:将问题发展到各个阶段时所处的各种客观情况⽤不同的状态表⽰出来。
3、确定决策并写出状态转移⽅程:因为决策和状态转移有着天然的联系,状态转移就是根据上⼀阶段的状态和决策来导出本阶段的状态,所以如果确定了决策,状态转移⽅程也就可以写出。
4、寻找边界条件:给出的状态转移⽅程是⼀个递推式,需要⼀个递推的终⽌条件或边界条件。
5、程序设计实现:动态规划的主要难点在于理论上的设计,⼀旦设计完成,实现部分就会⾮常简单。
根据以上的步骤设计,可以得到动态规划设计的⼀般模式:for k:=阶段最⼩值to 阶段最⼤值do {顺推每⼀个阶段}for I:=状态最⼩值to 状态最⼤值do {枚举阶段k的每⼀个状态}for j:=决策最⼩值to 决策最⼤值do {枚举阶段k中状态i可选择的每⼀种决策}f[ik]:=min(max){f[ik-1]+a[ik-1,jk-1]|ik-1通过决策jk-1可达ik}例如:多段图G=(V,E)是⼀个有向图。
建立动态规划数学模型的步骤动态规划是一种解决多阶段决策问题的优化方法,它将问题分为若干阶段,每个阶段采取一个最优决策,通过递推的方式得到问题的最优解。
建立动态规划数学模型的步骤主要包括以下几个方面。
第一步,明确问题:首先要明确要解决的问题是什么,分析问题的特点和要求,明确决策的目标和约束条件。
例如,我们可以考虑求解一个最优化问题,使一些目标函数取得最大(或最小)值。
第二步,定义状态:将问题的解表示为一个或多个状态变量。
状态是问题的一个关键特征,它描述了问题在每个阶段的情况,通常用一个或多个变量表示。
状态可以是离散的,也可以是连续的。
例如,假设我们要解决一个装箱问题,可以将状态定义为装箱剩余空间的大小。
第三步,确定决策变量:决策变量是问题中可以通过决策调整的变量,其取值将影响问题的解。
决策变量通常与状态有关,帮助我们在每个阶段做出最优决策。
继续以装箱问题为例,决策变量可以是选择放入的物品或物品的数量。
第四步,建立状态转移方程:通过分析问题的特点和约束条件,建立各个阶段之间的状态转移方程。
状态转移方程描述了问题中不同状态之间的关系,即通过做出一些决策后,当前状态如何转移到下一个状态。
状态转移方程通常由决策变量和前一阶段的状态变量表示。
在装箱问题中,状态转移方程可以描述为剩余空间等于前一阶段的剩余空间减去当前决策变量所占空间。
第五步,确定边界条件:边界条件是求解动态规划问题的关键,它们表示问题的起始状态和结束状态。
通常,起始状态是已知的,而结束状态需要根据问题的要求进行分析确定。
例如,装箱问题的起始状态可以是剩余空间等于货柜的总容量,结束状态可以是没有物品剩余可以放入货柜。
第六步,确定目标函数:目标函数是求解最优化问题时需要优化的目标。
在动态规划中,目标函数通常与状态有关,它表示在每个阶段的状态下所要最大(或最小)化的目标量。
例如,在装箱问题中,目标函数可以是放入货柜的物品总价值。
第七步,建立递推关系:根据状态转移方程和边界条件,可以利用递推的方法从起始状态逐步计算到结束状态。
Tutorial 5Dynamic Programming: (动态规划)(一)Review比较基本的算法设计思想里,动态规划是比较难于理解,难于抽象的一种,但是却又十分重要。
动态规划的实质是分治思想和解决冗余,因此它与分治法和贪心法类似,它们都是将问题的实例分解为更小的、相似的子问题,但是动态规划又有自己的特点。
(1)贪心法的当前选择可能要依赖于已经作出的选择,但不依赖于还未做出的选择和子问题,因此它的特征是由顶向下,一步一步地做出贪心选择,但不足的是,如果当前选择可能要依赖子问题的解时,则难以通过局部的贪心策略达到全局最优解。
相比而言,动态规划则可以处理不具有贪心实质的问题。
(2)分治法解决问题时,由于子问题的数目往往是问题规模的指数函数,因此对时间的消耗太大。
动态规划的思想在于,如果各个子问题不是独立的,不同的子问题的个数只是多项式量级,如果我们能够保存已经解决的子问题的答案,而在需要的时候再找出已求得的答案,这样就可以避免大量的重复计算。
由此而来的基本思路是,用一个表记录所有已解决的子问题的答案,不管该问题以后是否被用到,只要它被计算过,就将其结果填入表中。
(3) 动态规划的思想比较感性的说,其实是对贪心算法和分治法的一种折衷,它所解决的问题往往不具有可爱的贪心实质,但是各个子问题又不是完全零散的,这时候我们用一定的空间来换取时间,就可以提高解题的效率。
(1)The 0/1 knapsack problem0-1 背包问题问题描述:给定n种物品和一个背包,物品I的重量是Wi,其价值为Vi,背包的容量为c,问如何选择装入背包的物品,使得装入背包的物品的总价值最大?形式化描述:给定c求一个n元1-0向量Xi(每种物品要么装要么不装)Wi Xi(i从1到n连乘累加,Xi=0或1)〈=cVi Xi(i从1到n连乘累加,Xi=0或1)达到最大(2)Chain Matrix Multiplication矩阵乘法问题:给定n个矩阵{A1,A2,…An},其中Ai与A i+1是可乘的,i=1,2…,n-1。
运筹学教案动态规划教案章节一:引言1.1 课程目标:让学生了解动态规划的基本概念和应用领域。
让学生掌握动态规划的基本思想和解决问题的步骤。
1.2 教学内容:动态规划的定义和特点动态规划的应用领域动态规划的基本思想和步骤1.3 教学方法:讲授法:介绍动态规划的基本概念和特点。
案例分析法:分析动态规划在实际问题中的应用。
教案章节二:动态规划的基本思想2.1 课程目标:让学生理解动态规划的基本思想。
让学生学会将问题转化为动态规划问题。
2.2 教学内容:动态规划的基本思想状态和决策的概念状态转移方程和边界条件2.3 教学方法:讲授法:介绍动态规划的基本思想。
练习法:通过练习题让学生学会将问题转化为动态规划问题。
教案章节三:动态规划的求解方法3.1 课程目标:让学生掌握动态规划的求解方法。
让学生学会使用动态规划算法解决问题。
3.2 教学内容:动态规划的求解方法:自顶向下和自底向上的方法动态规划算法的实现:表格化和递归化的方法3.3 教学方法:讲授法:介绍动态规划的求解方法。
练习法:通过练习题让学生学会使用动态规划算法解决问题。
教案章节四:动态规划的应用实例4.1 课程目标:让学生了解动态规划在实际问题中的应用。
让学生学会使用动态规划解决实际问题。
4.2 教学内容:动态规划在优化问题中的应用:如最短路径问题、背包问题等动态规划在控制问题中的应用:如控制库存、制定计划等4.3 教学方法:讲授法:介绍动态规划在实际问题中的应用。
案例分析法:分析实际问题,让学生学会使用动态规划解决实际问题。
教案章节五:总结与展望5.1 课程目标:让学生总结动态规划的基本概念、思想和应用。
让学生展望动态规划在未来的发展。
5.2 教学内容:动态规划的基本概念、思想和应用的总结。
动态规划在未来的发展趋势和挑战。
5.3 教学方法:讲授法:总结动态规划的基本概念、思想和应用。
讨论法:让学生讨论动态规划在未来的发展趋势和挑战。
教案章节六:动态规划的优化6.1 课程目标:让学生了解动态规划的优化方法。
什么是动态规划?动态规划的意义是什么?(转⾃知乎)之前在师哥在讲动态规划的时候就推荐我们阅读⼀下这个在知乎下的⼀个回答,当时并不放在⼼上,现在做了⼀些动态规划的题⽬,经常产⽣⼀些疑惑与迷茫,现在拜读了这篇⽂章,觉得⾃⼰获益匪浅,于是做⼀下分享。
动态规划的本质不在于是递推或是递归,也不需要纠结是不是内存换时间。
理解动态规划并不需要数学公式介⼊,只是完全解释清楚需要点篇幅…⾸先需要明⽩哪些问题不是动态规划可以解决的,才能明⽩为神马需要动态规划。
不过好处时顺便也就搞明⽩了递推贪⼼搜索和动规之间有什么关系,以及帮助那些总是把动规当成搜索解的同学建⽴动规的思路。
当然熟悉了之后可以直接根据问题的描述得到思路,如果有需要的话再补充吧。
动态规划是对于某⼀类问题的解决⽅法!!重点在于如何鉴定“某⼀类问题”是动态规划可解的⽽不是纠结解决⽅法是递归还是递推!怎么鉴定dp可解的⼀类问题需要从计算机是怎么⼯作的说起…计算机的本质是⼀个状态机,内存⾥存储的所有数据构成了当前的状态,CPU只能利⽤当前的状态计算出下⼀个状态(不要纠结硬盘之类的外部存储,就算考虑他们也只是扩⼤了状态的存储容量⽽已,并不能改变下⼀个状态只能从当前状态计算出来这⼀条铁律)当你企图使⽤计算机解决⼀个问题是,其实就是在思考如何将这个问题表达成状态(⽤哪些变量存储哪些数据)以及如何在状态中转移(怎样根据⼀些变量计算出另⼀些变量)。
所以所谓的空间复杂度就是为了⽀持你的计算所必需存储的状态最多有多少,所谓时间复杂度就是从初始状态到达最终状态中间需要多少步!太抽象了还是举个例⼦吧:⽐如说我想计算第100个⾮波那契数,每⼀个⾮波那契数就是这个问题的⼀个状态,每求⼀个新数字只需要之前的两个状态。
所以同⼀个时刻,最多只需要保存两个状态,空间复杂度就是常数;每计算⼀个新状态所需要的时间也是常数且状态是线性递增的,所以时间复杂度也是线性的。
上⾯这种状态计算很直接,只需要依照固定的模式从旧状态计算出新状态就⾏(a[i]=a[i-1]+a[i-2]),不需要考虑是不是需要更多的状态,也不需要选择哪些旧状态来计算新状态。
动态规划和贪心算法的区别和优劣比较动态规划和贪心算法是两种经典的问题求解方法,本文将从定义、区别、优劣比较等方面来详细介绍这两种算法。
一、定义1.动态规划动态规划是一种将复杂问题分解成小问题来解决的算法。
将复杂的问题转化为一系列小问题,然后逐步解决每个小问题,最后将这些小问题的解合成总问题的解。
动态规划一般用于求解最优化问题,如求最长公共子序列、最长递增子序列以及最短路径等。
2.贪心算法贪心算法是一种贪心思想来解决问题的算法。
贪心算法的基本思想是,每步中都采取当前状态下最优的选择,希望从局部最优解的选择中得到全局最优解。
二、区别虽然两种算法的思想都是分解问题,但是两者在实现、时间复杂度等方面有着显著的区别,具体如下:1.实现动态规划算法一般需要用到递归或者记忆化搜索等技巧,其中递归算法通常需要很多空间存储中间结果,因此空间复杂度较高。
而贪心算法通常只需要一次遍历即可求解,因此实现较为简单。
2.时间复杂度动态规划算法的时间复杂度一般较高,通常是指数量级。
而贪心算法的时间复杂度较低,通常是常数级别,因此时间效率较高。
3.解决问题的特点动态规划算法通常解决目标函数具有最优子结构性质的问题,即当前状态下的最优解包含以前状态下的最优解。
而贪心算法通常解决目标函数具有贪心性质的问题,如局部最优解能够推导出全局最优解等。
三、优劣比较动态规划算法和贪心算法在不同情况下具有不同的优劣性,如下所示:1.动态规划的优劣a.优点(1).解决所有具有最优子结构的问题。
(2).可以在时间复杂度为多项式级别,空间复杂度为常数级别的情况下求解问题。
(3).可以考虑状态转移方程中的所有状态,找到最优解。
b.缺点(1).实现比较困难,需要使用递归和记忆化搜索等技巧。
(2).需要很多空间存储中间状态。
(3).如果没有最优子结构,导致算法无法求解。
2.贪心算法的优劣a.优点(1).实现简单,易于理解。
(2).时间复杂度低,适合对实时性要求较高的问题。
动态规划是一种用于解决最优化问题的算法。
它通常用于找到最小或最大值。
这里列举了12 个常见的动态规划算法,并给出了每个算法的举例:
1 最长公共子序列(LCS)算法:用于比较两个序列,找出它们之
间的最长公共子序列。
2 最小编辑距离算法:用于比较两个字符串,找出将一个字符串变
为另一个字符串所需的最少编辑操作次数。
3 背包问题算法:用于在限制给定的总体积的情况下选择最优的物
品组合。
4 最短路径算法:用于求解有向图或路径的最短路径。
5 最小生成树算法:用于求解图的最小生成树。
6 线性规划算法:用于求解线性规划问题。
7 矩阵链乘法算法:用于计算矩阵链乘法的最优计算次序。
8 单源最短路径算法:用于求解有向图的单源最短路径问题。
9 拓扑排序算法:用于对有向无环图(DAG)进行拓扑排序。
10图形相似性算法:用两个图形进行对齐,并通过比较它们之间的差异来评估它们的相似程度。
11 11 区间动态规划算法:用于解决区间动态规划问题,例如
最小编辑代价问题。
12 分数背包问题算法:用于在限制给定的总价值的情况下选择
最优的物品组合。
13这些算法的具体细节及实现方式可以通过搜索或者学习相
关的资料来了解。
【例1】最短路径问题。下图给出了一个地图,地图中的每个顶点代表一个城市,两个城市
间的一条连线代表道路,连线上的数值代表道路的长度。现在想从城市A到达城市E,怎
样走路程最短?最短路程的长度是多少?
【例2】数塔问题(IOI94)有形如图所示的数塔,从顶部出发,在每一结点可以选择向左
走或是向右走,一起走到底层,要求找出一条路径,使路径上的值最大。
13
11 8
12 7 26
6 14 15 8
12 7 13 24 11
【例3】求最长不下降序列
问题描述:
设有由n个不相同的整数组成的数列,记为:b(1)、b(2)、……、b(n)且b(i)<>b(j) (i<>j),
若存在i1
例如13 7 9 16 38 24 3 18 44 19 21 22 63 15。例中13,16,18,19,21,22,63就是
一个长度为7的不下降序列,同时也有7 ,9,16,18,19,21,22,63长度为8的不下降
序列。
样例输入:
13 7 9 16 38 24 3 18 44 19 21 22 63 15
样例输出:
max=8
7 9 16 18 19 21 22 63
【例4】拦截导弹(Noip1999)
某国为了防御敌国的导弹袭击,发展出一种导弹拦截系统。但是这种导弹拦截系统有一
个缺陷:虽然它的第一发炮弹能够到达任意的高度,但是以后每一发炮弹都不能高于前一发
的高度。某天,雷达捕捉到敌国的导弹来袭。由于该系统还在试用阶段,所以只有一套系统,
因此有可能不能拦截所有的导弹。
输入导弹依次飞来的高度(雷达给出的高度数据是不大于30000的正整数,导弹数不超
过1000),计算这套系统最多能拦截多少导弹,如果要拦截所有导弹最少要配备多少套这种
导弹拦截系统。
样例:
INPUT OUTPUT
389 207 155 300 299 170 158 65 6(最多能拦截的导弹数)
2(要拦截所有导弹最少要配备的系统数)
【例5】下图表示城市之间的交通路网,线段上的数字表示费用,单向通行由A->E。试用
动态规划的最优化原理求出A->E的最省费用。
如图:求v1到v10的最短路径长度及最短路径。
【样例输入】short.in
10
0 2 5 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 12 14 0 0 0 0
0 0 0 0 6 10 4 0 0 0
0 0 0 0 13 12 11 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 3 9 0
0 0 0 0 0 0 0 6 5 0
0 0 0 0 0 0 0 0 10 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 5
0 0 0 0 0 0 0 0 0 2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
【样例输出】short.out
minlong=19
1 3 5 8 10
【例6】挖地雷
【问题描述】
在一个地图上有N个地窖(N<=200),每个地窖中埋有一定数量的地雷。同时,给出地
窖之间的连接路径,并规定路径都是单向的,也不存在可以从一个地窖出发经过若干地窖后
又回到原来地窖的路径。某人可以从任一处开始挖地雷,然后沿着指出的连接往下挖(仅能
选择一条路径),当无连接时挖地雷工作结束。设计一个挖地雷的方案,使他能挖到最多的
地雷。
【输入格式】
N //地窖的个数
W1,W2,……WN //每个地窖中的地雷数
X1,Y1 //表示从X1可到Y1
X2,Y2
……
0,0 //表示输入结束
【输出格式】
K1-K2-…-Kv //挖地雷的顺序
MAX //最多挖出的地雷数
【输入样例】Mine.in
6
5 10 20 5 4 5
1 2
1 4
2 4
3 4
4 5
4 6
5 6
0 0
【输出样例】Mine.out
3-4-5-6
34
【例7】友好城市
【问题描述】
Palmia国有一条横贯东西的大河,河有笔直的南北两岸,岸上各有位置各不相同的
N个城市。北岸的每个城市有且仅有一个友好城市在南岸,而且不同城市的友好城市不相同。
每对友好城市都向政府申请在河上开辟一条直线航道连接两个城市,但是由于河上
雾太大,政府决定避免任意两条航道交叉,以避免事故。编程帮助政府做出一些批准和拒绝
申请的决定,使得在保证任意两条航线不相交的情况下,被批准的申请尽量多。
【输入格式】
第1行,一个整数N(1<=N<=5000),表示城市数。
第2行到第n+1行,每行两个整数,中间用1个空格隔开,分别表示南岸和北岸的
一对友好城市的坐标。(0<=xi<=10000)
【输出格式】
仅一行,输出一个整数,表示政府所能批准的最多申请数。
【输入样例】
7
22 4
2 6
10 3
15 12
9 8
17 17
4 2
【输出样例】
4
【例8】合唱队形
【问题描述】
N位同学站成一排,音乐老师要请其中的(N-K)位同学出列,使得剩下的K位同学排成
合唱队形。
合唱队形是指这样的一种队形:设K位同学从左到右依次编号为1, 2, …, K,他们的身
高分别为T1, T2, …, TK,则他们的身高满足T1 < T2 < … < Ti , Ti > Ti+1 > … > TK (1≤i≤
K)。
你的任务是,已知所有N位同学的身高,计算最少需要几位同学出列,可以使得剩下
的同学排成合唱队形。
【输入文件】
输入文件chorus.in的第一行是一个整数N(2 ≤ N ≤ 100),表示同学的总数。第二
行有n个整数,用空格分隔,第i个整数Ti(130 ≤ Ti ≤ 230)是第i位同学的身高(厘
米)。
【输出文件】
输出文件chorus.out包括一行,这一行只包含一个整数,就是最少需要几位同学出列。
【样例输入】
8
186 186 150 200 160 130 197 220
【样例输出】
4
【数据规模】
对于50%的数据,保证有n ≤ 20;对于全部的数据,保证有n≤100。
【例9】机器分配
【问题描述】
总公司拥有高效设备M台,准备分给下属的N个分公司。各分公司若获得这些设备,
可以为国家提供一定的盈利。问:如何分配这M台设备才能使国家得到的盈利最大?求出
最大盈利值。其中M≤15,N≤10。分配原则:每个公司有权获得任意数目的设备,但总台
数不超过设备数M。
输入数据文件格式为:第一行有两个数,第一个数是分公司数N,第二个数是设备台数
M。
接下来是一个N*M的矩阵,表明了第 I个公司分配 J台机器的盈利。
【输入样例】assigned.in
3 3 //3个分公司分3台机器
30 40 50
20 30 50
20 25 30
【输出样例】assigned.out
70 //最大盈利值为70
1 1 //第一分公司分1台
2 1 //第二分公司分1台
3 1 //第三分公司分1台