树形数位动态规划_黄哲威

第三章：动态规划3.1 动态规划的基本概念一、动态决策问题：决策过程具有阶段性和时序性(与时间有关)的决策问题。

即决策过程可划分为明显的阶段。

二、什么叫动态规划(D.P.–Dynamic Program)：多阶段决策问题最优化的一种方法。

广泛应用于工业技术、生产管理、企业管理、经济、军事等领域。

三、动态规划(D.P.)的起源：1951年,(美)数学家R.Bellman等提出最优化原理，从而建立动态规划，名著《动态规划》于1957年出版。

四、动态决策问题分类：1、按数据给出的形式分为：•离散型动态决策问题。

•连续型动态决策问题。

2、按决策过程演变的性质分为：•确定型动态决策问题。

•随机型动态决策问题。

五1、阶段(stage)n ：作出决策的若干轮次。

n = 1、2、3、4、5。

2、状态(state)S n ：每一阶段的出发位置。

构成状态集，记为S nS 1={A}，S 2={B 1,B 2,B 3}，S 3={C 1,C 2,C 3}，S 4={D 1,D 2,D 3}，S 5={E 1,E 2}。

阶段的起点。

3、决策(decision)X n ：从一个阶段某状态演变到下一个阶段某状态的选择。

构成决策集，记为D n (S n )。

阶段的终点。

D 1(S 1)={X 1(A)}={B 1,B 2,B 3}= S 2，D 2(S 2)={X 2(B 1),X 2(B 2),X 2(B 3)}={C 1,C 2,C 3}=S 3，D 3(S 3)={X 3(C 1),X 3(C 2),X 3(C 3)}={D 1,D 2,D 3}=S 4，D 4(S 4)={X 4(D 1),X 4(D 2),X 4(D 3)}={E 1,E 2}=S 5D 5(S 5)={X 5(E 1),X 5(E 2)}={F;F}={F}。

4、策略(policy)：全过程中各个阶段的决策Xn 组成的有序总体{Xn }。

如 A àB2àC1àD1àE2àF5、子策略(sub-policy)：剩下的n个阶段构成n子过程，相应的决策系列叫n子策略。

动态规划方案学习速成攻略与实践案例一、前言大家好，今天我来给大家分享一份关于动态规划的学习攻略和实践案例。

动态规划是算法领域的一种重要技术，广泛应用于各种场景，如最长公共子序列、背包问题、最长递增子序列等。

掌握动态规划，不仅可以提高解决问题的效率，还可以提升自己的编程能力。

我们就一起走进动态规划的世界，探寻其中的奥秘。

二、动态规划学习攻略1.理解动态规划的基本概念动态规划是一种分阶段决策的过程，它将一个问题分解为若干个子问题，并通过解决子问题来求解原问题。

动态规划的核心思想是保存子问题的解，避免重复计算。

2.掌握动态规划的解题步骤（1）明确状态：将问题分解为若干个子问题，并定义状态变量，这些状态变量可以用来描述子问题的解。

（2）建立状态转移方程：根据子问题之间的关系，找出状态之间的转移规律，建立状态转移方程。

（3）确定边界条件：为了解决边界问题，需要为状态转移方程设定合适的边界条件。

（4）计算最优解：根据状态转移方程和边界条件，计算出问题的最优解。

3.学习动态规划的常用技巧（1）画出状态转移图：通过画出状态转移图，可以更清晰地理解状态之间的转移关系。

（2）使用表格法：将状态和状态转移方程写成表格形式，便于分析和计算。

（3）利用代码实现：通过编写代码，将动态规划的思想转化为程序，验证自己的思路。

三、动态规划实践案例1.最长公共子序列最长公共子序列（LongestCommonSubsequence，LCS）问题是动态规划的经典问题之一。

给定两个序列X和Y，求它们的最长公共子序列。

案例分析：我们可以用一个二维数组dp来表示X和Y的最长公共子序列。

dp[i][j]表示X的前i个字符与Y的前j个字符的最长公共子序列的长度。

状态转移方程为：dp[i][j]={dp[i-1][j-1]+1,ifX[i]==Y[j]max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]),otherwise}代码实现：defLCS(X,Y):m,n=len(X),len(Y)dp=[[0](n+1)for_inrange(m+1)]foriinrange(1,m+1):forjinrange(1,n+1):ifX[i-1]==Y[j-1]:dp[i][j]=dp[i-1][j-1]+1else:dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-1])returndp[m][n]2.0-1背包问题0-1背包问题是动态规划的另一个经典问题。

动态规划的基本思想动态规划是一种常见的解决问题的算法思想，它通过将复杂的问题分解成一个个子问题，逐步求解并记录下每个子问题的解，最终得到原问题的解。

这种思想在很多领域都有广泛的应用，例如计算机科学、经济学、物理学等。

一、动态规划的定义与特点动态规划是一种分治法的改进方法，它主要用于解决具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。

它的基本思想可以概括为“记住中间结果，以便在需要的时候直接使用”。

动态规划算法的特点包括：1. 问题可以分解为若干个重叠的子问题；2. 子问题的解可以通过已知的子问题解来求解，且子问题的解可以重复使用；3. 需要使用一个数据结构（通常是一个矩阵）来存储子问题的解，以便在需要时直接取出。

二、动态规划的基本步骤动态规划算法通常可以分为以下几个基本步骤：1. 确定问题的状态：将原问题转化为一个或多个子问题，并定义清楚每个子问题的状态是什么。

2. 定义问题的状态转移方程：找出子问题之间的关系，即如何通过已知的子问题解来解决当前问题。

3. 设置边界条件：确定最简单的子问题的解，即边界条件。

4. 计算子问题的解并记录：按顺序计算子问题的解，并将每个子问题的解记录下来，以便在需要时直接使用。

5. 由子问题的解得到原问题的解：根据子问题的解和状态转移方程，计算得到原问题的解。

三、动态规划的实例分析为了更好地理解动态规划的基本思想，我们以求解斐波那契数列为例进行分析。

问题描述：斐波那契数列是一个经典的数学问题，它由以下递推关系定义：F(n) = F(n-1) + F(n-2)，其中F(0) = 0，F(1) = 1。

解决思路：根据递推关系，可以将问题分解为求解F(n-1)和F(n-2)两个子问题，并将子问题的解累加得到原问题的解。

根据以上思路，可以得到以下的动态规划算法实现：1. 确定问题的状态：将第n个斐波那契数定义为一个状态，记为F(n)。

2. 定义问题的状态转移方程：由递推关系F(n) = F(n-1) + F(n-2)可得，F(n)的值等于前两个斐波那契数之和。

动态规划法动态规划法（Dynamic Programming）是一种常用的算法思想，主要用于解决具有重叠子问题性质和最优子结构性质的问题。

动态规划法通过把问题分解为更小的子问题，并将子问题的解存储起来，以避免重复计算，从而提高了算法的效率。

动态规划法有两个核心概念：状态和状态转移方程。

在动态规划过程中，我们需要定义状态，即问题的子问题解，以及状态之间的关系，即状态转移方程。

动态规划法的一般步骤如下：1. 定义问题的子问题：将问题划分为更小的子问题，并明确子问题的解是什么。

2. 定义状态：将问题的子问题解抽象为状态，即用一个变量或者数组表示子问题的解。

3. 定义状态转移方程：根据子问题的关系，定义状态之间的转移方程，即如何根据已知的子问题解计算出更大的问题的解。

4. 缓存子问题解：为了避免重复计算，我们需要将已经计算过的子问题解存储起来，以便后续使用。

5. 递推计算：通过状态转移方程和缓存的子问题解，逐步计算出更大的问题的解，直到计算出最终的问题解。

动态规划法的关键在于找到正确的状态转移方程和合理的存储子问题解的方式。

有些问题的状态转移方程比较容易找到，比如斐波那契数列，每个数都是前两个数的和；而有些问题的状态转移方程可能比较复杂，需要通过观察问题的特点和具体分析来确定。

动态规划法的时间复杂度通常为O(n)，其中n 表示问题规模。

由于利用了子问题的解，避免了重复计算，因此动态规划法相对于暴力求解法能够大大提高算法的效率。

但是，动态规划法的空间复杂度通常较高，需要存储大量的子问题解，因此在实际应用中需要权衡时间和空间的消耗。

总的来说，动态规划法是一种非常灵活且强大的算法思想，能够解决许多复杂的问题，特别适用于具有重叠子问题性质和最优子结构性质的问题。

通过正确定义状态和状态转移方程，并结合缓存子问题解和递推计算，我们可以高效地求解这类问题，提高算法的效率。

树形动态规划动态规划： 问题可以分解成若⼲相互联系的阶段，在每⼀个阶段都要做出决策，全部过程的决策是⼀个决策序列。

要使整个活动的总体效果达到最优的问题，称为多阶段决策问题。

动态规划就是解决多阶段决策最优化问题的⼀种思想⽅法。

阶段： 将所给问题的过程，按时间或空间（树归中是空间，即层数）特征分解成若⼲相互联系的阶段，以便按次序去求每阶段的解。

状态： 各阶段开始时的客观条件叫做状态。

决策： 当各段的状态取定以后，就可以做出不同的决定，从⽽确定下⼀阶段的状态，这种决定称为决策。

（即孩⼦节点和⽗亲节点的关系）策略： 由开始到终点的全过程中，由每段决策组成的决策序列称为全过程策略，简称策略。

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（在树中是孩⼦节点和⽗亲节点）状态的演变规律，称为状态转移⽅程。

⽬标函数与最优化概念： ⽬标函数是衡量多阶段决策过程优劣的准则。

最优化概念是在⼀定条件下找到⼀个途径，经过按题⽬具体性质所确定的运算以后，使全过程的总效益达到最优。

树的特点与性质：1、有n个点，n-1条边的⽆向图，任意两顶点间可达2、⽆向图中任意两个点间有且只有⼀条路3、⼀个点⾄多有⼀个前趋，但可以有多个后继4、⽆向图中没有环；拿到⼀道树规题，我们有以下3个步骤需要执⾏：1. 判断是否是⼀道树规题：即判断数据结构是否是⼀棵树，然后是否符合动态规划的要求。

如果是，那么执⾏以下步骤，如果不是，那么换台。

2. 建树：通过数据量和题⽬要求，选择合适的树的存储⽅式。

如果节点数⼩于5000，那么我们可以⽤邻接矩阵存储，如果更⼤可以⽤邻接表来存储(注意边要开到2*n，因为是双向的。

这是⾎与泪的教训)。

如果是⼆叉树或者是需要多叉转⼆叉，那么我们可以⽤两个⼀维数组brother[]，child[]来存储（这⼀点下⾯会仔细数的）。

3. 写出树规⽅程：通过观察孩⼦和⽗亲之间的关系建⽴⽅程。

动态规划的基本思想动态规划是一种常用于解决具有重叠子问题和最优子结构特征的问题的算法思想。

它将问题分解成一系列子问题，并通过解决子问题构建出整个问题的最优解。

动态规划的基本思想是将原始问题转化成一个或多个相似的子问题，然后通过解决这些子问题获得原始问题的解。

这种思想在很多实际问题中都能够得到应用。

动态规划的基本流程一般包括以下几个步骤：1. 将原始问题分解为子问题：首先需要将原问题划分为多个子问题，并且确保这些子问题之间有重叠的部分。

2. 定义状态：确定每个子问题需要求解的状态，也即问题需要达成的目标。

3. 确定状态转移方程：根据子问题之间的关系，确定子问题之间的状态转移方程，即如何将子问题的解转移到原问题的解。

4. 解决首个子问题：解决最基本的子问题，获得初始状态下的解。

5. 填充状态表格：根据状态转移方程，依次求解其他子问题，并且填充状态表格。

6. 求解原问题：通过填充状态表格，在保证状态转移方程的基础上求解原问题的最优解。

动态规划的关键在于将原问题转化为子问题，通过递归或者迭代的方式求解子问题，最终获得原问题的最优解。

在这个过程中，重叠子问题的求解是动态规划的特点之一。

由于问题的子问题存在重叠，所以在求解的过程中我们可以保存已经求解过的子问题的解，避免重复计算，从而提高效率。

动态规划还要求问题具有最优子结构特征，即问题的最优解可以通过子问题的最优解构建出来。

通过利用已解决的子问题的最优解，可以有效地解决原问题。

动态规划算法在实际应用中有着广泛的应用。

它可以用于解决很多经典的问题，如最长公共子序列、0-1背包问题、最大子数组和等。

动态规划算法可以有效地解决这些问题，使得它们的时间复杂度得到了有效的降低。

总结来说，动态规划的基本思想是将原始问题转化为子问题，并通过解决子问题构建整个问题的最优解。

动态规划算法通过保存已经解决的子问题的解来避免重复计算，从而提高算法的效率。

动态规划算法在实际应用中具有广泛的应用，是解决具有重叠子问题和最优子结构特征的问题的常用算法思想。

信息学奥赛——树型动态规划的实例分析树型动态规划（Tree Dynamic Programming）是信息学奥赛中常用的一种算法思想，在解决一些与树相关的问题时非常有效。

本文将通过一个具体的实例对树型动态规划进行详细分析。

假设有一棵有根树，每个节点上都有一个非负整数权值，并且每个节点下都可能有若干个子节点。

现在要求选择一些节点，使得选中的节点的权值之和尽可能大，但是不能选择相邻的节点。

我们需要设计一个算法来解决这个问题。

首先，我们可以观察到如果一个节点被选中，那么它的子节点就不能被选中。

于是，我们可以定义一个动态规划的状态dp[i]表示以节点i为根的子树中选择节点的最大权值之和。

对于根节点，我们有两种情况：1. 根节点i被选择，那么它的子节点就不能被选择。

所以dp[i] = sum(dp[j])，其中j表示i的所有子节点。

2. 根节点i不被选择，那么它的所有子节点都可以被选择。

所以dp[i] = sum(max(dp[j], dp[k]))，其中j和k分别表示i的所有孩子节点的子节点。

通过对根节点的两种状态的分析，我们可以得到一个递推关系：dp[i] = max(sum(dp[j]), sum(max(dp[k], dp[l])))，其中j表示i的所有子节点，k和l分别表示i的所有孩子节点的子节点。

接下来，我们需要设计一个合适的递归算法来计算dp[i]。

我们可以使用深度优先（DFS）的方式来处理每个节点，实现递归的过程。

具体的伪代码如下：```DFS(i):visit[i] = truefor j in i的所有子节点：if visit[j] == false:DFS(j)dp[i] += dp[j]for k in i的所有孩子节点：for l in k的所有子节点：dp[i] += max(dp[k], dp[l])```最后，我们只需要调用DFS函数以根节点为参数，可以得到整棵树的最优解。

信息学竞赛中的动态规划专题哈尔滨工业大学周谷越【关键字】动态规划动机状态典型题目辅助方法优化方法【摘要】本文针对信息学竞赛（面向中学生的Noi以及面向大学生的ACM/ICPC）中的动态规划算法，从动机入手，讨论了动态规划的基本思想和常见应用方法。

通过一些常见的经典题目来归纳动态规划的一般作法并从理论上加以分析和说明。

并介绍了一些解决动态规划问题时的一些辅助技巧和优化方法。

纵观全文可知，动态规划的关键在于把握本质思想的基础上灵活运用。

【目录】1.动态规划的动机和基本思想1.1.解决重复子问题1.2.解决复杂贪心问题2.动态规划状态的划分方法2.1.一维状态划分2.2.二维状态划分2.3.树型状态划分3.动态规划的辅助与优化方法3.1.常见辅助方法3.2.常见优化方法4.近年来Noi动态规划题目分析4.1 Noi2005瑰丽华尔兹4.2 Noi2005聪聪与可可4.3 Noi2006网络收费4.4 Noi2006千年虫附录参考书籍与相关材料1.动态规划的动机和基本思想首先声明，这里所说的动态规划的动机是从竞赛角度出发的动机。

1.1 解决重复子问题对于很多问题，我们利用分治的思想，可以把大问题分解成若干小问题，然后再把各个小问题的答案组合起来，得到大问题的解答。

这类问题的共同点是小问题和大问题的本质相同。

很多分治法可以解决的问题（如quick_sort，hanoi_tower等）都是把大问题化成2个以内的不相重复的小问题，解决的问题数量即为∑(log2n / k)。

而考虑下面这个问题：USACO 1.4.3 Number Triangleshttp://122.139.62.222/problem.php?id=1417【题目描述】考虑在下面被显示的数字金字塔。

写一个程序来计算从最高点开始在底部任意处结束的路径经过数字的和的最大。

每一步可以走到左下方的点也可以到达右下方的点。

73 88 1 02 7 4 44 5 2 6 1在上面的样例中，从7到3到8到7到5的路径产生了最大和：30。

动态规划求解方法动态规划(Dynamic Programming)是一种常见的求解优化问题的方法，它通过将问题分解成更小的子问题，并保存子问题的解来降低时间复杂度。

动态规划通常使用一个表格来记录子问题的解，然后根据递推关系计算出更大问题的解。

动态规划的求解方法一般包含以下几个步骤：1.定义问题：首先，需要明确要解决的问题是什么。

动态规划通常适用于求解具有最优子结构性质的问题，即原问题的最优解可以通过一系列子问题的最优解得到。

2.确定状态：接下来，需要确定动态规划的状态。

状态是问题中会变化的量，它包含了问题的关键信息。

在动态规划中，状态可以是一个或多个变量。

3.建立转移方程：然后，需要建立问题的转移方程。

转移方程描述了问题状态之间的关系，用来计算子问题的最优解。

转移方程可以通过观察问题的特点或者使用递推关系得到。

4.确定初始条件：接下来，需要确定边界条件或初始条件。

边界条件是问题中的一些特殊情况，它们通常是一些最小子问题的解。

初始条件是指将边界条件中的解赋值给表格中对应的位置。

5.使用递推关系计算：最后，使用递推关系将表格中的其他位置的解计算出来。

通常，可以使用自底向上的方法，从表格的第一个位置开始计算，依次填充整个表格。

动态规划的优点在于它可以将一个复杂的问题分解成多个子问题，然后通过记录子问题的解来减少重复计算。

这样，可以大大提高求解问题的效率。

动态规划通常适用于求解满足最优化原理和无后效性条件的问题。

最优化原理是指问题的最优解具有递归的结构，即解可以通过子问题的最优解得到。

无后效性条件是指问题的当前状态决定了未来的决策，与过去的决策无关。

动态规划在算法设计和实现中有很多经典的应用，例如最长公共子序列问题、0/1背包问题、最短路径问题等。

下面简要介绍其中的两个经典应用。

1.最长公共子序列问题：给定两个字符串s1和s2，求它们的最长公共子序列。

最长公共子序列是指在两个字符串中以相同的顺序出现的最长的子序列。