1、动态规划

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告别动态规划

基本思想:

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。
适合于用动态规划法求解的问题,经分解后得到的子问题往往不是互相独立的(即下一个子阶段的求解是建立在上一个子阶段的解的基础上,进行进一步的求解)。

动态规划的三大步骤:

动态规划,无非就是利用历史记录,来避免我们的重复计算。而这些历史记录,我们得需要一些变量来保存,一般是用一维数组或者二维数组来保存。下面我们先来讲下做动态规划题很重要的三个步骤:

  • 第一步骤:定义数组元素的含义,上面说了,我们会用一个数组,来保存历史数组,假设用一维数组 dp[] 吧。这个时候有一个非常非常重要的点,就是规定你这个数组元素的含义,例如你的 dp[i] 是代表什么意思?
  • 第二步骤:找出数组元素之间的关系式,我觉得动态规划,还是有一点类似于我们高中学习时的归纳法的,当我们要计算 dp[n] 时,是可以利用 dp[n-1],dp[n-2]…dp[1],来推出 dp[n] 的,也就是可以利用历史数据来推出新的元素值,所以我们要找出数组元素之间的关系式,例如 dp[n] = dp[n-1] + dp[n-2],这个就是他们的关系式了。(学过动态规划的可能都经常听到最优子结构,把大的问题拆分成小的问题)
  • 第三步骤:找出初始值。学过数学归纳法的都知道,虽然我们知道了数组元素之间的关系式,例如 dp[n] = dp[n-1] + dp[n-2],我们可以通过 dp[n-1] 和 dp[n-2] 来计算 dp[n],但是,我们得知道初始值啊,例如一直推下去的话,会由 dp[3] = dp[2] + dp[1]。而 dp[2] 和 dp[1] 是不能再分解的了,所以我们必须要能够直接获得 dp[2] 和 dp[1] 的值,而这,就是所谓的初始值。

练习:

题目1:一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法

1、第一步先找这个函数与下一个函数之间的关系:

假如有n个台阶,跳上一个n级的台阶的跳法总数为f(n)。我们在跳的过程中,每一次有两种跳法,即跳一个或两个台阶。
第一种跳法:第一次我跳了一个台阶,那么还剩下n-1个台阶还没跳,剩下的n-1个台阶的跳法有f(n-1)种。
第二种跳法:第一次跳了两个台阶,那么还剩下n-2个台阶还没,剩下的n-2个台阶的跳法有f(n-2)种。
由此不难得出递归公式:f(n) = (n-1) + f(n-2);

2、第二步找出递归的结束条件

当n <= 0时,跳法为0,即此时f(n) = 0;
当只剩下一个台阶n = 1时,那么只有一种跳法,即f(1) = 1;
当n = 2时,此时跳法为2种,即f(2) = 2;

3、代码实现
递归与动态规划
在递归的过程中,有很多相同的f(n)重复算,时间复杂度是指数级别的。如下图:
递归与动态规划对于那些重复算过的,其实我们可以不用在重复递归来算它的,也就是所我们可以把f(n)算的结果一边给保存起来,这种就是动态规划的思想。也就是说,我们可以把每次计算的结果保存中一个map容器里,把n作为key,f(n)作为value.然后每次要递归的时候,先查看一下这个f(n)我们是否已经算过了,如果已经算过了,我们直接从map容器里取出来返回去就可以了。如下:
递归与动态规划
实际上,对于f(n) = f(n-1) + f(n - 2)这种有递推关系的题,其实和斐波那契数列很相似,还可以这样做:
递归与动态规划
问题2: 一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级……它也可以跳上n级。 求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。

分析,其实这道题和上面那道题一样的,只是本来每次跳有两种选择,现在有n中选择,即f(n) = f(n-1) + f(n - 2) + f(n-3)+…+f(1);
递归与动态规划

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