第4章贪心算法解读

贪心算法的基本原理贪心算法（Greedy Algorithm）是一种常用的算法思想，它在求解最优化问题时通常能够得到较好的近似解。

贪心算法的基本原理是：每一步都选择当前状态下的最优解，从而希望最终能够得到全局最优解。

在实际应用中，贪心算法常常用于解决一些最优化问题，如最小生成树、最短路径、任务调度等。

一、贪心算法的特点贪心算法具有以下特点：1. 简单：贪心算法通常比较简单，易于实现和理解。

2. 高效：贪心算法的时间复杂度通常较低，能够在较短的时间内得到结果。

3. 局部最优：每一步都选择当前状态下的最优解，但不能保证最终能够得到全局最优解。

4. 适用范围：贪心算法适用于一些特定类型的问题，如无后效性、最优子结构等。

二、贪心算法的基本原理贪心算法的基本原理可以概括为以下几个步骤：1. 初始状态：确定问题的初始状态，定义问题的输入和输出。

2. 状态转移：根据当前状态，选择局部最优解，并更新状态。

3. 筛选解：判断当前状态下是否满足问题的约束条件，若满足则保留该解，否则舍弃。

4. 终止条件：重复以上步骤，直至满足终止条件，得到最终解。

三、贪心算法的应用举例1. 找零钱：假设有 25、10、5、1 四种面额的硬币，需要找零 41 元，如何使得找零的硬币数量最少？贪心算法可以先选择面额最大的硬币，然后逐步选择面额较小的硬币，直至找零完毕。

2. 区间调度：给定一组区间，如何选择最多的互不重叠的区间？贪心算法可以先按照区间的结束时间排序，然后依次选择结束时间最早的区间，直至所有区间都被覆盖。

3. 最小生成树：在一个连通的带权无向图中，如何选择边使得生成树的权值最小？贪心算法可以按照边的权值从小到大排序，然后依次选择权值最小且不构成环的边，直至所有顶点都被连接。

四、贪心算法的优缺点1. 优点：贪心算法简单高效，适用于一些特定类型的问题，能够在较短的时间内得到近似最优解。

2. 缺点：贪心算法不能保证一定能够得到全局最优解，可能会出现局部最优解不是全局最优解的情况。

贪心算法在优化问题中的运用贪心算法（Greedy Algorithm）是一种常用的算法思想，它在解决一些优化问题时具有很高的效率和实用性。

贪心算法的核心思想是每一步都选择当前状态下最优的解决方案，以期望最终能够得到全局最优解。

在实际应用中，贪心算法常常被用来解决一些最优化问题，如最短路径问题、背包问题、任务调度等。

本文将介绍贪心算法在优化问题中的运用，并通过具体案例来说明其应用场景和解决方法。

一、贪心算法的基本原理贪心算法是一种在每一步选择当前状态下最优解决方案的算法思想。

它与动态规划不同，贪心算法并不会保存之前的计算结果，而是根据当前状态做出最优选择。

贪心算法的优势在于简单、高效，适用于一些特定类型的问题。

贪心算法的基本原理可以总结为以下几点：1. 每一步都选择当前状态下的最优解决方案；2. 不考虑未来的结果，只关注当前状态的最优选择；3. 最终期望通过每一步的最优选择达到全局最优解。

二、贪心算法在优化问题中的应用1. 最短路径问题最短路径问题是图论中的经典问题，贪心算法可以用来解决一些简单的最短路径问题。

例如，在无权图中，从起点到终点的最短路径可以通过贪心算法来求解，每次选择距离最近的节点作为下一步的目标节点，直到到达终点为止。

2. 背包问题背包问题是一个经典的优化问题，贪心算法可以用来解决一些特定类型的背包问题。

例如，在分数背包问题中，每种物品可以取任意比例，贪心算法可以按照单位价值最高的顺序选择物品放入背包，直到背包装满为止。

3. 任务调度问题任务调度问题是一个常见的优化问题，贪心算法可以用来解决一些简单的任务调度问题。

例如，在单处理器任务调度中，每个任务有一个开始时间和结束时间，贪心算法可以按照结束时间的先后顺序对任务进行调度，以最大化处理器的利用率。

三、案例分析：活动选择问题活动选择问题是一个经典的优化问题，通过贪心算法可以高效地解决。

问题描述如下：假设有n个活动，每个活动都有一个开始时间和结束时间，活动之间不能交叉进行，问如何安排活动才能使参加的活动数量最多。

贪心算法的概念和适用条件什么是贪心算法？贪心算法（Greedy Algorithm）是一种以局部最优解为导向的算法思想，通过每一步选择当前状态下的最佳操作来达到整体最优解的目标。

贪心算法的核心思想是每次都做出当前看来最优的选择，以期望能够达到整体的最优解。

贪心算法通常用于一些问题中，即每一步的选择只依赖于当前状态，而不考虑将来可能出现的情况。

贪心算法的适用条件：1. 贪心选择性质：贪心算法每一步都选择一个当前的最优解，此处的“最优”指的是局部最优。

这种最优选择可以确保问题能够被拆解，并且进行下一步求解。

2. 最优子结构性质：当问题的整体最优解能够通过局部最优解得到时，可以采用贪心算法求解。

这种情况下，问题的最优解可以由子问题的最优解推导出来。

3. 无后效性：贪心算法选择某一步操作时，只考虑当前状态，不会改变以前的操作，并且不关心未来的操作。

这种无后效性使得贪心算法在实际应用中操作简单、效率高。

贪心算法的基本步骤：1. 确定问题的局部最优解：贪心算法的核心是每一步都选择在当前情况下的最优解。

因此，需要确定问题如何拆解以及如何进行局部最优选择。

2. 定义问题的子问题：根据问题的最优子结构性质，将问题拆解为较小规模的子问题。

子问题应该是原问题的一个更小、更简单的实例。

3. 定义贪心选择策略：根据问题的特性，确定当前步骤下的最优选择策略。

这个选择应该是局部最优的，可以在不考虑子问题和整体未来状态的情况下得出。

4. 重复执行步骤2和3，直至求解出全局最优解。

贪心算法的优缺点：贪心算法具有简单易懂、快速高效的特点，适用于许多实际问题。

它可以避免穷举所有可能性，节省了计算时间。

此外，贪心算法常常能够找到近似最优解，尽管不一定能够保证全局最优解。

在实际问题中，近似最优解也往往可以满足实际需求。

然而，贪心算法并非适用于所有问题。

由于贪心算法只考虑当前状态的最优选择，而不考虑未来的影响，因此可能会导致局部最优解与全局最优解不一致。

贪心选择性质。

贪心算法的基本要素是：指所求问题的整体最优解可以通过一系列局部最优解的选择，即贪心选择来达到。

贪心选择性质每次选取当前最优解，因此它依赖以往的选择，而不依赖于将来的选择。

贪心选择通常以自顶向下的方式进行，每次贪心选择就将原问题转化为规模更小的子问题。

贪心算法1、首先证明存在问题的一个整体最优解必定包含了第一个贪心选择。

2、然后证明在做了贪心选择后，原问题简化为规模较小的类似子问题，即可继续使用贪心选择。

3、于是用数学归纳法可证明，经过一系列贪心选择可以得到整体最优解。

证明贪心选择将导致整体的最优解142653687916181411121234设G = (V , E)是一个无向连通带权图，即一个网络。

E 的每条边(v, w)的权c[v][w]。

如果G 的一个子图G ，是一棵包含G 的所有顶点的树，则称G’为G 的生成树。

生成树的各边的权的总和称为该生成树的耗费。

在G 的所有生成树中，耗费最小的生成树称为G 的最小(优)生成树。

1234设G = (V , E)是一个无向连通带权图，即一个网络。

E 的每条边(v, w)的权c[v][w]。

如果G 的一个子图G ，是一棵包含G 的所有顶点的树，则称G’为G 的生成树。

生成树的各边的权的总和称为该生成树的耗费。

在G 的所有生成树中，耗费最小的生成树称为G 的最小(优)生成树。

令G 中权最小的边为e 1。

首先必定有图G 的一棵最小生成树包含了e 1。

若G 的任何最小生成树都不包含e 1。

设T为G 的最小生成树，e 1 T 。

于是T+e 1是一个有回路的图且该回路中包含e 1。

该回路中必有条不是e 的边e i 。

令T’={T+e 1}–e i 。

T’也是G 的生成树。

又c(T’) = c(T) + c(e 1)–c(e 1)，c(e 1) ≤ c(e i )，从而c(T’)≤c(T)，T’是G 的最小生成树且含有边e 1。

矛盾。

故必定有图G 的最小生成树包含了e 1。

对贪心算法的概述和研讨福州第一中学高一(8)班汪涛指导老师：陈颖算法总览当一个问题具有“最优子结构”时，我们可以采用动态规划法解决该问题。

但是有的时候，贪心算法可以更好的处理该类问题。

总体上看，贪心算法是一种高效的、不稳定的算法；但是它在解决问题时有很多独特的优良性质，掌握贪心算法有时可以非常迅速的获得最优解或近似最优解。

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何时采用何时能，又何时应该采用贪心算法呢？一般认为，凡是经过数学归纳法证明可以采用贪心算法的情况，都应该采用它。

因为它的效率是很高的。

贪心算法的弱点在于它的不稳定性，即有时它不总能返回最优解。

那么能采用贪心算法的问题具有怎样的性质呢？（何时采用贪心算法）1、它具有和动态规划问题相似的性质，即分治法中的“最优子结构”性质，即每个子问题的最优解的集合就是整体最优解。

这是必须的性质，因为贪心算法解决的问题流程就需要依序研究每个子问题，然后综合之得出最后结果。

不能采用分治法解决的问题，是理论上是不能使用贪心算法的。

而且，必须拥有最优子结构性质，才能保证贪心算法返回最优解。

2、它必须具有一种特殊的“贪心选择性”。

这种性质类同于“最优子结构”性质，但又有一些小的差别。

我们知道，在动态规划中，每一个父问题结果的得出需要它的子问题作为条件；但是“贪心选择性”则不需要；贪心选择性所做的是一个非线性的子问题处理过程，即一个子问题并不依赖于另一个子问题，但是子问题间有严格的顺序性。

要证明一个问题具有“贪心选择性”，就必须证明每一步所做的贪心选择最终导致一个问题的整体最优解。

这也是必须的性质。

如果一个问题具有上述两个性质，理论上就应该采用贪心算法。

处理流程经由贪心算法处理的问题需要经过排序。

即把“最贪心”的子结果排在序列的最前面，一直到“最不贪心的”。

这是处理问题的第一步。

然后依序解决问题而得出最终结果。

贪⼼算法总结简介贪⼼算法（英⽂：greedy algorithm），是⽤计算机来模拟⼀个“贪⼼”的⼈做出决策的过程。

这个⼈⼗分贪婪，每⼀步⾏动总是按某种指标选取最优的操作。

⽽且他⽬光短浅，总是只看眼前，并不考虑以后可能造成的影响。

可想⽽知，并不是所有的时候贪⼼法都能获得最优解，所以⼀般使⽤贪⼼法的时候，都要确保⾃⼰能证明其正确性。

本⽂主要介绍，在解决诸多贪⼼算法的问题之后的⼼得。

常⽤场景最常见的贪⼼算法分为两种。

「我们将 XXX 按照某某顺序排序，然后按某种顺序（例如从⼩到⼤）选择。

」。

「我们每次都取 XXX 中最⼤/⼩的东西，并更新 XXX。

」（有时「XXX 中最⼤/⼩的东西」可以优化，⽐如⽤优先队列维护）第⼀种是离线的，先处理后选择，第⼆种是在线的，边处理边选择。

常见的出题背景为:确定某种最优组合（硬币问题）区间问题（合理安排区间）字典序问题最值问题A最优组合硬币问题是贪⼼算法⾮常经典的题⽬，关于最优组合问题，我认为主要分为两种类型:简单 -- 直接排序之后按照某种策略选取即可复杂 -- 除了按照贪⼼策略外，还需要进⾏某些处理或者模拟硬币问题硬币问题有1元、5元、10元、50元、100元、500元的硬币各C1、C5、C10、C50、C100、C500枚。

现在要⽤这些硬币来⽀付A元，最少需要多少枚硬币？假设本题⾄少存在⼀种⽀付⽅法。

0≤C1、C5、C10、C50、C100、C500≤1090≤A≤109本题是上述说的简单类型的题⽬，简⽽⾔之要使得硬币最少，则优先使⽤⼤⾯额的硬币。

因此本题的解法便⾮常清晰了，只需要从后往前遍历⼀遍即可（默认为硬币已经按⾯额⼤⼩进⾏排序）const int V[6] = {1, 5, 10, 50, 100, 500};int A, C[6]; // inputvoid solve(){int ans(0);for (int i = 5; i >= 0; -- i){int t = min(A / V[i], C[i]);A -= t * V[i];ans += t;}cout << ans << '\n';}零花钱问题POJ3040 AllowanceDescriptionAs a reward for record milk production, Farmer John has decided to start paying Bessie the cow a small weekly allowance. FJ has a set of coins in N (1 <= N <= 20) different denominations, where each denomination of coin evenly divides the next-larger denomination (e.g., 1 cent coins, 5 cent coins, 10 cent coins, and 50 cent coins).Using the given set of coins, he would like topay Bessie at least some given amount of money C (1 <= C <= 100,000,000) every week.Please help him ompute the maximum number of weeks he can pay Bessie.Input* Line 1: Two space-separated integers: N and C* Lines 2..N+1: Each line corresponds to a denomination of coin and contains two integers: the value V (1 <= V <= 100,000,000) of the denomination, and the number of coins B (1 <= B <= 1,000,000) of this denomation in Farmer John's possession.Output* Line 1: A single integer that is the number of weeks Farmer John can pay Bessie at least C allowanceSample Input3 610 11 1005 120Sample Output111这题的题⽬⼤意是:农场主每天都要给贝西⾄少为C的津贴。

【精选】贪心算法贪心算法近年来的信息学竞赛中，经常需要求一个问题的可行解和最优解，这就是所谓的最优化问题。

贪心法是求解这类问题的一种常用算法。

在众多的算法中，贪心法可以算的上是最接近人们日常思维的一种算法，他在各级各类信息学竞赛、尤其在一些数据规模很大的问题求解中发挥着越来越重要的作用。

一、什么是贪心法贪心法是从问题的某一个初始状态出发，通过逐步构造最优解的方法向给定的目标前进，并期望通过这种方法产生出一个全局最优解的方法。

做出贪心决策的依据称为贪心准则（策略），但要注意决策一旦做出，就不可再更改。

贪心与递推不同的是，推进的每一步不是依据某一固定的递推式，而是做一个当时看似最佳的贪心选择，不断的将问题实例归纳为更小的相似子问题。

所以，在有些最优化问题中，采用贪心法求解不能保证一定得到最优解，这时我们可以选择其他解决最优化问题的算法，如动态规划等。

归纳、分析、选择贪心准则是正确解决贪心问题的关键。

二、贪心法的特点及其优缺点贪心法主要有以下两个特点：贪心选择性质：算法中每一步选择都是当前看似最佳的选择，这种选择依赖于已做出的选择，但不依赖于未作出的选择。

最优子结构性质：算法中每一次都取得了最优解（即局部最优解），要保证最后的结果最优，则必须满足全局最优解包含局部最优解。

利用贪心法解题的一般步骤是：1、产生问题的一个初始解；2、循环操作，当可以向给定的目标前进时，就根据局部最优策略，向目标前进一步；3、得到问题的最优解（或较优解）。

贪心法的优缺点主要表现在：优点：一个正确的贪心算法拥有很多优点，比如思维复杂度低、代码量小、运行效率高、空间复杂度低等，是信息学竞赛中的一个有力武器，受到广大同学们的青睐。

缺点：贪心法的缺点集中表现在他的“非完美性”。

通常我们很难找到一个简单可行并且保证正确的贪心思路，即使我们找到一个看上去很正确的贪心思路，也需要严格的正确性证明。

这往往给我们直接使用贪心算法带来了巨大的困难。

贪心算法的基本思路
以下是贪心算法的基本思路：
1. 定义问题：明确要解决的问题和可用的操作。

2. 选择最优解：在每一步中，选择当前看起来最优的解决方案。

这个选择通常基于问题的局部信息和贪心准则。

3. 局部最优：根据贪心准则做出的选择应该在当前步骤是最优的，即能够获得最大或最小的效益。

4. 构建解决方案：通过一系列的局部最优选择，逐步构建出整个问题的解决方案。

5. 检查可行性：在每一步之后，检查所做出的选择是否满足问题的约束条件和限制。

6. 重复步骤：重复上述步骤，直到达到问题的终止条件或无法进一步做出改进。

贪心算法通常在每一步都做出局部最优选择，希望通过一系列局部最优选择来达到全局最优解。

然而，贪心算法并不保证一定能得到全局最优解，尤其是在复杂的问题中。

贪心算法的优势在于其简单性和效率。

它通常在每一步只需要考虑少量的因素，因此计算复杂度较低。

贪心算法在一些情况下可以提供较好的近似解，并且在实际应用中经常被使用。

需要注意的是，贪心算法的正确性和有效性取决于问题的特性和贪心准则的选择。

在使用贪心算法时，需要仔细分析问题，选择合适的贪心准则，并通过实例验证算法的正确性。