[演算法] 動態規劃(Dynamic Programming, DP)
動態規劃(Dynamic Programming, DP)是一種解決最優化問題(Optimization Problems)的算法設計技巧。它通過將問題分解成更小、更簡單的子問題(Subproblems)來解決原始問題,並且保存子問題的解以避免重複計算。動態規劃通常用於解決具有重疊子問題(Overlapping Subproblems)和最優子結構(Optimal Substructure)特點的問題。以下是動態規劃的基本步驟和一些例子:
1. **定義子問題 (Define Subproblems)**:
- 將原始問題分解成更小、更簡單的子問題。
2. **建立遞推關係 (Establish Recurrence Relations)**:
- 找出子問題之間的關係,以及如何由子問題的解得到原始問題的解。
3. **初始化基礎情況 (Initialize Base Cases)**:
- 設定某些基本情況,使得動態規劃算法可以正確地開始。
4. **計算子問題的解並存儲 (Compute Subproblems and Store)**:
- 自底向上(Bottom-up)或自頂向下(Top-down)的計算子問題的解,並將結果存儲在表中(Table)以供後續使用。
5. **構建原始問題的解 (Construct Original Problem Solution)**:
- 使用子問題的解來構建原始問題的解。
**例子 (Examples)**:
- **費波納契序列 (Fibonacci Sequence)**:
- 傳統的遞迴方法可能會導致大量的重複計算,但通過動態規劃,我們可以保存中間結果以避免重複計算,從而大大提高效率。
- **背包問題 (Knapsack Problem)**:
- 在背包問題中,我們試圖最大化背包中物品的總值,同時不超過背包的重量限制。通過動態規劃,我們可以找到最優解。
- **最長公共子序列 (Longest Common Subsequence, LCS)**:
- 在最長公共子序列問題中,我們試圖找到兩個序列的最長公共子序列。通過動態規劃,我們可以高效地解決這個問題。
動態規劃是一個非常強大而靈活的算法設計技術,它可以應用於許多不同的計算問題,並且在許多情況下,都能得到高效的解決方案。
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