常用算法之分治法与动态规划法

          之所以把这两种算法放到一起,是因为它们都是用来求最优解的问题,与贪心算法是不同的。但是这两种算法又有一些区别,下面来做解释:

          分治,即分而治之,把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小的子问题……直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并。

          

          

    上图用一个例子来解释如下:

       

     当n>1时,想求得T(n),必须知道T(n-1),以此类推,所以要想求得T(n)就必须将T(n)分解,从最小的子问题开始计算,最终求得T(n),这个过程就是一个递归。分治与递归像一对孪生兄弟,经常在分治中用到递归。

使用场合:

    1) 该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决

    2) 该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题,即该问题具有最优子结构性质。

    3) 利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解;

    4) 该问题所分解出的各个子问题是相互独立的,即子问题之间不包含公共的子子问题。

     第一条特征是绝大多数问题都可以满足的,因为问题的计算复杂性一般是随着问题规模的增加而增加;

     第二条特征是应用分治法的前提它也是大多数问题可以满足的,此特征反映了递归思想的应用;、

     第三条特征是关键,能否利用分治法完全取决于问题是否具有第三条特征,如果具备了第一条和第二条特征,而不具备第三条特征,则可以考虑用贪心法或动态规划法

  第四条特征涉及到分治法的效率,如果各子问题是不独立的则分治法要做许多不必要的工作,重复地解公共的子问题,此时虽然可用分治法,但一般用动态规划法较好

   应用框架:

  

/*分治法——归并排序
 * 二路归并排序的分治策略是:
(1)划分:将待排序序列r1, r2, …, rn划分为两个长度相等的子序列r1, …, rn/2和rn/2+1, …, rn;
(2)求解子问题:分别对这两个子序列进行排序,得到两个有序子序列;
(3)合并:将这两个有序子序列合并成一个有序序列。
 */
public class MergeSort {      

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        int a[] = { 21, 34, 56, 43, 99, 37, 78, 10 };// 这里对8个元素进行排序
        int low = 0, high = 7;// 初始化low和high的值,即数组的起始和终止的坐标
        // 辅助数组b,作为临时数组
        int b[] = new int[a.length];
        //输出排序前的数组
        System.out.print("排序前:");
        for (int i = 0; i <= high; i++) {
            System.out.print(a[i] + " ");
        }
        // 归并排序
        mergerSort(a, low, high, b);
        //输出排序后的数组
        System.out.print("排序后:");
        for (int i = 0; i <= high; i++) {
            System.out.print(a[i] + " ");
        }
    }      

    /**
     * 分治和归并
     *
     * @param a
     * @param low
     * @param high
     * @param b
     */
    public static void mergerSort(int a[], int low, int high, int b[]) {
        int mid = 0;
        if (low < high) {
            mid = (high + low) / 2;// 分治位置,即将数组拆分的位置
            mergerSort(a, low, mid, b);
            mergerSort(a, mid + 1, high, b);
            merger(a, low, mid, high, b);// 归并
        }
    }      

    /**
     * 合并两个有序子序列
     *
     * @param a
     * @param low
     * @param mid
     * @param high
     * @param b
     *            辅助数组
     */
    public static void merger(int[] a, int low, int mid, int high, int b[]) {      

        int i = low;
        int j = mid + 1;
        int p = 0;
        // 合并两个有序数组 子序列1 a[low..mid] 子序列2 a[mid+1..high]
        while (i <= mid && j <= high) {
            b[p++] = (a[i] <= a[j]) ? a[i++] : a[j++];
        }
        // 如果子序列1没有合并完则直接复制到复制数组中去
        while (i <= mid) {
            b[p++] = a[i++];
        }
        // 如果子序列2没有合并完则直接复制到复制数组中去
        while (j <= high) {
            b[p++] = a[j++];
        }
        // 把辅助数组的元素复制到原来的数组中去
        for (p = 0, i = low; i <= high; i++, p++) {
            a[i] = b[p];
        }
    }
}      

            而动态规划法与分治法有什么区别呢?由于文章篇幅过长,请看系列博客:常用算法之动态规划法

时间: 2024-10-30 08:48:16

常用算法之分治法与动态规划法的相关文章

五大常用算法 之 分治法

一.基本概念    在计算机科学中,分治法是一种很重要的算法思想.字面上的解释是"分而治之",就是把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小的子问题,直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并.这个技巧是很多高效算法的基础,如排序算法(快速排序,归并排序),傅立叶变换(快速傅立叶变换)等.    任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关.问题的规模越小,越容易直接求解,解题所需的计算时间也越少.例如,对于n个元素的排序问

五大常用算法——分治法,动态规划,回溯法,分支界限法,贪心算法

分治算法一.基本概念    在计算机科学中,分治法是一种很重要的算法.字面上的解释是"分而治之",就是把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小的子问题--直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并.这个技巧是很多高效算法的基础,如排序算法(快速排序,归并排序),傅立叶变换(快速傅立叶变换)--     任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关.问题的规模越小,越容易直接求解,解题所需的计算时间也越少.例如,对于n个元素

五大常用算法 之 动态规划法

一.基本概念     动态规划过程是:每次决策依赖于当前状态,又随即引起状态的转移.一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的,所以,这种多阶段最优化决策解决问题的过程就称为动态规划.     动态规划是运筹学中用于求解决策过程中的最优化数学方法.当然,我们在这里关注的是作为一种算法设计技术,作为一种使用多阶段决策过程最优的通用方法.它是应用数学中用于解决某类最优化问题的重要工具.     如果问题是由交叠的子问题所构成,我们就可以用动态规划技术来解决它,一般来说,这样的子问题出现在对给定问题求解

常用算法之动态规划法

            上一篇博客我们讲了分治法,紧接着讲动态规划法:动态规划法和分治法类似,它也是将大问题分解成子问题求解,求最优解,不同的是,如果分解的子问题有很多是相同的,采用分治法相同的子问题会求解多次,很影响效率:动态规划法呢,它会保存已解决的子问题的答案,再有相同的子问题直接用保存的答案就行了,节省了很多计算时间.       如一张图表示:              例: 解:我们先求F(5)的解,如下,以二叉树的结构表示     通过二叉树,我们注意到,F(n)是通过计算它的两个

算法中的递归分析和分治法的原理

分析递归算法三种方法 替换法.迭代法.通用法(master method) 作用:分析递归算法的运行时间   分治算法 将一个问题分解为与原问题相似但规模更小的若干子问题,递归地解这些子问题,然后将这些子问题的解结合起来构成原问题的解.这种方法在每层递归上均包括三个步骤: divide(分解):将问题划分为若干个子问题 conquer(求解):递归地解这些子问题:若子问题Size足够小,则直接解决之 Combine(组合):将子问题的解组合成原问题的解   其中的第二步很关键:递归调用或直接求解

数字-要求用分治法 写出算法

问题描述 要求用分治法 写出算法 要求用分治法 若P是一个由数字1,2,3,4,5,6,7,8,9,组成的2n位正整数,并同时满足如下两个条件: ①数字1,2,3,-,n在P中各出现两次: ②每两个相同的数字i(i=1,2,3,-,n)之间恰有i个数字. 我们称这样的正整数P为"好数".比如n=3时,231213是一个满足条件的好数 算法输入:n 输出:2n位整数构成的好数 解决方案 http://tieba.baidu.com/p/3645845630

算法详解之分治法具体实现_C 语言

分治算法的基本思想是将一个规模为N的问题分解为K个规模较小的子问题,这些子问题相互独立且与原问题性质相同.求出子问题的解,就可得到原问题的解. 分治法解题的一般步骤: (1)分解,将要解决的问题划分成若干规模较小的同类问题: (2)求解,当子问题划分得足够小时,用较简单的方法解决: (3)合并,按原问题的要求,将子问题的解逐层合并构成原问题的解. 一言以蔽之:分治法的设计思想是,将一个难以直接解决的大问题,分割成一些规模较小的相同问题,以便各个击破,分而治之. 在认识分治之前很有必要先了解一下递

五大常用算法之二:动态规划算法(DP)

一.基本概念     动态规划过程是:每次决策依赖于当前状态,又随即引起状态的转移.一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的,所以,这种多阶段最优化决策解决问题的过程就称为动态规划. 二.基本思想与策略     基本思想与分治法类似,也是将待求解的问题分解为若干个子问题(阶段),按顺序求解子阶段,前一子问题的解,为后一子问题的求解提供了有用的信息.在求 解任一子问题时,列出各种可能的局部解,通过决策保留那些有可能达到最优的局部解,丢弃其他局部解.依次解决各子问题,最后一个子问题就是初始问题的解.

五大常用算法之一:分治算法

分治算法 一.基本概念    在计算机科学中,分治法是一种很重要的算法.字面上的解释是"分而治之",就是把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题,再把子问题分成更小 的子问题--直到最后子问题可以简单的直接求解,原问题的解即子问题的解的合并.这个技巧是很多高效算法的基础,如排序算法(快速排序,归并排序),傅立 叶变换(快速傅立叶变换)--     任何一个可以用计算机求解的问题所需的计算时间都与其规模有关.问题的规模越小,越容易直接求解,解题所需的计算时间也越少.例如,对于n