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C語言深入探究動(dòng)態(tài)規(guī)劃之線性DP

 更新時(shí)間:2022年04月12日 14:21:55   作者:小羊努力變強(qiáng)  
線性動(dòng)態(tài)規(guī)劃,是較常見的一類動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題,其是在線性結(jié)構(gòu)上進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移,這類問題不像背包問題、區(qū)間DP等有固定的模板,線性動(dòng)態(tài)規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)為特定變量的線性函數(shù),約束是這些變量的線性不等式或等式,目的是求目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值

寫在前面

之前講過背包問題,不知道大家忘了嗎,如果忘了可以點(diǎn)這里,這次是線性DP

數(shù)字三角形

在這里插入圖片描述

狀態(tài)表示:f[i,j],到點(diǎn)i,j的最大路徑

狀態(tài)計(jì)算:f[i,j] = MAX(f[i-1,j-1]+a[i,j],f[i-1,j]+a[i,j])

在這里插入圖片描述

看圖,以例題為例,將它看成五行五列的三角形,每個(gè)點(diǎn)都可以用坐標(biāo)表示。那么我們可以得知到一個(gè)數(shù)的最大路徑要么來自左上,要么來自右上。左上的數(shù)用f[i-1,j-1]表示,右上的數(shù)f[i-1,j]表示,因此我們就有了狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式:

f[i,j] = MAX(f[i-1,j-1]+a[i,j],f[i-1,j]+a[i,j])

所以就有了最終的代碼:

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int N = 510, INF = 1e9;

int n;
int a[N][N];
int f[N][N];

int main()
{
    scanf("%d", &n);
    for (int i = 1; i <= n; i ++ )
        for (int j = 1; j <= i; j ++ )
            scanf("%d", &a[i][j]);

    for (int i = 0; i <= n; i ++ )
        for (int j = 0; j <= i + 1; j ++ )//注意這里j從0到i+1,因?yàn)閷?duì)于邊界點(diǎn),它的上一層只有一條路徑通向它
            f[i][j] = -INF;//初始化近似為-∞

    f[1][1] = a[1][1];
    for (int i = 2; i <= n; i ++ )
        for (int j = 1; j <= i; j ++ )
            f[i][j] = max(f[i - 1][j - 1] + a[i][j], f[i - 1][j] + a[i][j]);

    int res = -INF;
    for (int i = 1; i <= n; i ++ ) res = max(res, f[n][i]);

    printf("%d\n", res);
    return 0;
}

最長上升子序列

在這里插入圖片描述

狀態(tài)表示:f[i]表示從第一個(gè)數(shù)字開始算,以w[i]結(jié)尾的最大的上升序列。(以w[i]結(jié)尾的所有上升序列中屬性為最大值的那一個(gè))

狀態(tài)計(jì)算(集合劃分):j∈(0,1,2,…,i-1), 在w[i] > w[j]時(shí),

f[i] = max(f[i], f[j] + 1)。

有一個(gè)邊界,若前面沒有比i小的,f[i]為1(自己為結(jié)尾)。

最后在找f[i]的最大值。

時(shí)間復(fù)雜度

O(n2) 狀態(tài)數(shù)(n) * 轉(zhuǎn)移數(shù)(n)

在這里插入圖片描述

看圖, 首先 f[i]f[i] 的含義是以 w[i]結(jié)尾的最長上升子序列的長度

初始值 f[i]=1,i∈[0,n−1],表示自己就是最長上升子序列,長度為 1

接下來考慮狀態(tài)轉(zhuǎn)移,把前 i−1個(gè)數(shù)字中所有滿足條件 w[j]<w[i](因?yàn)橐笫巧仙有蛄校?的 j 找出來,那么 f[i] 就可以試著更新為以 w[j] 結(jié)尾的最長上升子序列的長度 再加上 自己的長度 1,但可能更新完的結(jié)果沒有之前更新過的 f[i] 大,最后兩者取一個(gè) max,所以狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程就是 f[i]=max(f[i],f[j]+1)

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 1010;

int n;
int w[N], f[N];

int main() {
    cin >> n;
    for (int i = 0; i < n; i++) cin >> w[i];

    int mx = 1;    // 找出所計(jì)算的f[i]之中的最大值,邊算邊找
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        f[i] = 1;    // 設(shè)f[i]默認(rèn)為1,找不到前面數(shù)字小于自己的時(shí)候就為1
        for (int j = 0; j < i; j++) {
            if (w[i] > w[j]) f[i] = max(f[i], f[j] + 1);    // 前一個(gè)小于自己的數(shù)結(jié)尾的最大上升子序列加上自己,即+1
        }
        mx = max(mx, f[i]);
    }

    cout << mx << endl;
    return 0;
}

最長上升子序列 II

在這里插入圖片描述

會(huì)發(fā)現(xiàn)II的數(shù)據(jù)范圍變了,那我們就得做優(yōu)化,怎么優(yōu)化呢?

狀態(tài)表示:f[i]表示長度為i的最長上升子序列,末尾最小的數(shù)字。(長度為i的最長上升子序列所有結(jié)尾中,結(jié)尾最小min的) 即長度為i的子序列末尾最小元素是什么。

狀態(tài)計(jì)算:對(duì)于每一個(gè)w[i], 如果大于f[cnt-1] (下標(biāo)從0開始,cnt長度的最長上升子序列,末尾最小的數(shù)字),那就cnt+1,使得最長上升序列長度+1,當(dāng)前末尾最小元素為w[i]。 若w[i]小于等于f[cnt-1],說明不會(huì)更新當(dāng)前的長度,但之前末尾的最小元素要發(fā)生變化,找到第一個(gè) 大于或等于 (這里不能是大于) w[i],更新以那時(shí)候末尾的最小元素。

f[i]一定以一個(gè)單調(diào)遞增的數(shù)組,所以可以用二分法來找第一個(gè)大于或等于w[i]的數(shù)字。

時(shí)間復(fù)雜度

O(nlogn)狀態(tài)數(shù)(n) * 轉(zhuǎn)移數(shù)(logn)

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 1010;
int n, cnt;
int w[N], f[N];

int main() {
    cin >> n;
    for (int i = 0 ; i < n; i++) cin >> w[i];

    f[cnt++] = w[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (w[i] > f[cnt-1]) f[cnt++] = w[i];
        else {
            int l = 0, r = cnt - 1;
            while (l < r) {
                int mid = (l + r) >> 1;
                if (f[mid] >= w[i]) r = mid;
                else l = mid + 1;
            }
            f[r] = w[i];
        }
    }
    cout << cnt << endl;
    return 0;
}

最長公共子序列

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

集合表示:f[i][j]表示a的前i個(gè)字母,和b的前j個(gè)字母的最長公共子序列長度

集合劃分:以a[i],b[j]是否包含在子序列當(dāng)中為依據(jù),因此可以分成四類:

  • ①a[i]不在,b[j]不在

max=f[i−1][j−1]

  • ②a[i]a[i]不在,b[j]b[j]在

看似是max=f[i−1][j] , 實(shí)際上無法用f[i−1][j]表示,因?yàn)閒[i−1][j]表示的是在a的前i-1個(gè)字母中出現(xiàn),并且在b的前j個(gè)字母中出現(xiàn),此時(shí)b[j]不一定出現(xiàn),這與條件不完全相等,條件給定是a[i]一定不在子序列中,b[j]一定在子序列當(dāng)中,但仍可以用f[i−1][j]來表示,原因就在于條件給定的情況被包含在f[i−1][j]中,即條件的情況是f[i−1][j]的子集,而求的是max,所以對(duì)結(jié)果不影響。

例如:要求a,b,c的最大值可以這樣求:max(max(a,b),max(b,c))雖然b被重復(fù)使用,但仍能求出max,求max只要保證不漏即可。

  • ③a[i],b[j]不在 原理同②
  • ④a[i]在,b[j]在 max=f[i−1][j−1]+1

實(shí)際上,在計(jì)算時(shí),①包含在②和③的情況中,所以①不用考慮

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 1010;

int n , m;
char a[N] , b[N];
int f[N][N];
int main()
{
    cin >> n >> m;
    cin >> a + 1 >> b + 1;

    for(int i = 1 ; i <= n ; i++)
        for(int j = 1 ; j <= m ; j++)
            {
                f[i][j] = max(f[i - 1][j] , f[i][j - 1]);//2和3的情況一定存在,所以可以無條件優(yōu)先判斷
                if(a[i] == b[j]) f[i][j] = max(f[i][j] , f[i - 1][j - 1] + 1);
            }                                                       

    cout << f[n][m] << endl;
    return 0;
}

到此這篇關(guān)于C語言深入探究動(dòng)態(tài)規(guī)劃之線性DP的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言 線性DP內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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