数字三角形「动态规划」

数字三角问题
有一个由非负整数组成的三角形,第一行只有一个数,除了最下行之外每个数的左下方和右下方各有一个数,如图:
数字三角形
格子编号
从第一行的数开始,每一次可以往左下或右下走一格,知道走到最下行,把沿途经过的数全部加起来,如何走才能使得到的这个和尽量大?

分析
  • 采用(dfs)暴搜每次把每个点能经过的路线全部找出,但是对于(n)层 数字三角形的完整路线有(2^{n-1})条,当(n)很大时,(dfs)是定不行的。 (dfs)会超时,那有什么好方法呢?
  • 把当前的位置((i,j))看成一个状态,(d(i,j))表示的是从格子((i,j))出发能取到的最大和(包括((i,j))本身的值),原问题的解就是(d(1,1))
  • 不同的状态怎么转移呢?从格子((i,j))出发有两种决策。左走下个格子是((i+1,j)),右走下个格子是((i+1,j+1)),但是对于(i,j)来说,它只取两者中大的那个。于是状态转移方程就是:
    (d(i,j)=a(i,j)+max(d(i+1,j),d(i+1,j+1)))
    每个格子都有这样的选择,于是每个格子存放的都是从格子((i,j))能取到的最大值。
  • 如果从格子((i,j))中向下取数其中一个格子存放的不是最大值,那么(d(i,j))就一定不是最大的。这个性质称为最优子结构(全局最优解包含局部最优解)

「动态规划的核心是状态和状态转移方程」

方法1:递归计算((dfs))各点的(d(i,j))

int solve(int i,int j)
{
   return a[i][j]+(i==n?0:max(solve(i+1,j),solve(i+1,j+1)));
}

重叠子问题
如图(solve(1,1))调用的关系树,发现红色的部分(solve(3,2))计算调用了两次。虽然图中只有这几个点被重复,但是重复的不仅仅是单个节点,而是节点下的整棵子树。加入三角形有n层,那么调用关系树就有n层,一共有(2^n-1)个节点。

「直接采用递归的方法计算状态转移方程,效率往往十分低下。原因就是相同的子问题被重复计算了很多次」

为了解决直接采用递归会超时,我们提出记忆化搜索,通常采用一个记忆数组,记录每个状态是否已经计算过。于是要初始化记忆数组(dp)

方法2 记忆化搜索+递归

int solve(int i,int j)
{
   if(dp[i][j]>=0)//记忆数组(i,j)已经算出直接返回
   {
       return dp[i][j];
   }
   return dp[i][j]=a[i][j]+(i==n?0:max(solve(i+1,j),solve(i+1,j+1)));
}

有了这个记忆化数组,就可以保证每个节点只访问一次。
记忆化搜索
「当采用记忆化搜索时,不必事先确定各状态的计算顺序,但需要记录每个状态“是否已经计算过”」

方法3 直接递推

for(int i=1;i<=n;i++)
{
    dp[n][i]=a[n][i];
}
for(int i=n-1;i>=1;i--)
{
     for(int j=1;j<=i;j++)
     {
          dp[i][j]=a[i][j]+max(dp[i+1][j],dp[i+1][j+1]);
     }
}
原文地址:https://www.cnblogs.com/lcbwwy/p/13138461.html