DP算法的精髓是什么?

概述

DP(动态规划)通过将原问题拆分成一系列子问题,并通过对子问题求解。所以,也可以把DP算法定义为“多阶段决策最优解模型”(决策树)

同时该模型也具有以下明显特征:

  • 问题的最优解包含子问题的最优解。反过来说的是,可以通过子问题的最优解,推导出问题的最优解
  • 可以理解为,后面阶段的状态可以通过前面阶段的状态推导出来

无后效性(两层含义)

  • 第一层含义,在推导后面阶段的状态的时候,只关心前面阶段的状态值,不关心这个状态是怎么一步一步推导出来的
  • 第二层含义,某阶段状态一旦确定,就不受之后阶段决策影响
  • 不同的决策序列,到达某个相同的阶段时,可能会产生重复的状态

案例 : 找零钱

给定 3 种不同面值的硬币,分别记为 {1,3,5},同时还有一个总金额 9,求出最少需要几枚硬币凑出这个金额 ?

回溯图
在这里插入图片描述
通过上述回溯图,把整个找零钱的过程,拆分成各个子节点,每个子节点再根据3种不同的硬币进行决策,直到完成整个决策过程

同时确定了初始状态和边界条件,只有3枚硬币的时候,就会只有3种分配方法。通过这个回溯树也可以看到在某个阶段的时候,会出现重复的决策结果

通过回溯树可知金额 9,只能从金额 9 - 1 = 8 和 9 - 3 = 6、9 - 5 = 4 递推过来。用通式表达就是金额 只能由金额 money - coin( coin 为给定硬币中的任一面值)推导出来

整个过程中,只有金额才是变化的量,因此我们可以用一维数组来作为备忘录假设 DP(money) 表示凑出金额9需要的最少硬币个数,那么,DP(money) 可以表示为:

  • DP(money) = min(1 + DP(money - coin))

动态规划代码:

#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <limits.h>
#include <iostream>using namespace std;
#define MIN(a, b) (a) > (b) ? (b) : (a)int minCoins(int money, const std::vector<int>& coins, std::vector<int>& dp) {int coinsLength = coins.size();for(int i = 1; i < money + 1; i++) {for(int j = 0; j < coinsLength; j++) {int v = coins[j];if (i < v) { continue; }dp[i] = MIN(dp[i], dp[i - v] + 1);}}return dp[money];
}int main() {int coinsArr[] = {1, 3, 5};std::vector<int> coins(coinsArr, coinsArr + sizeof(coinsArr) / sizeof(coinsArr[0]));int money = 9;std::vector<int> dp(money + 1, money + 1); // 备忘录,值初始化为k+1dp[0] = 0;int minCount = minCoins(money, coins, dp);printf(" minCount = %d\n", minCount);return 0;
}

状态转移表变化:

  • money: 1 dp[1]: 1
  • money: 2 dp[2]: 2
  • money: 3 dp[3]: 3
  • money: 3 dp[3]: 1
  • money: 4 dp[4]: 2
  • money: 4 dp[4]: 2
  • money: 5 dp[5]: 3
  • money: 5 dp[5]: 3
  • money: 5 dp[5]: 1
  • money: 6 dp[6]: 2
  • money: 6 dp[6]: 2
  • money: 6 dp[6]: 2
  • money: 7 dp[7]: 3
  • money: 7 dp[7]: 3
  • money: 7 dp[7]: 3
  • money: 8 dp[8]: 4
  • money: 8 dp[8]: 2
  • money: 8 dp[8]: 2
  • money: 9 dp[9]: 3
  • money: 9 dp[9]: 3
  • money: 9 dp[9]: 3

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