動態(tài)規(guī)劃之矩陣連乘

動態(tài)規(guī)劃:

  • 將大問題劃分為具有相同特征的小問題;
  • 小問題之間往往相互聯(lián)系;
  • 從小問題一步步求解大問題。
    適合求解最優(yōu)解問題

矩陣連乘問題描述

有n個矩陣連乘,如何找到最小的加括號方式以及最小的次數(shù)

疑問

A(35)A(57)A(7*2)的向乘次數(shù)和劃分有關(guān)系嗎?

(A(3*5)A(5*7))A(7*2)  相乘次數(shù): (3*5*7)+(3*7)*2 = 147
A(3*5)(A(5*7)A(7*2))  相乘次數(shù): (5*7*2)+3*(5*2) = 100

答案很明顯是有關(guān)系的。

分析

求 A1A2A3…An
定義   AiAi+1…Ak…Aj-1Aj   子列, 可看成是Ai…Ak,Ak…Aj
確定k的位置,然后按照遞歸的思想來逐步解決
求得結(jié)果后,使i=1,j=n原問題即可求解。

建立遞歸關(guān)系(狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程)

設(shè)
Ai…Aj相乘 的最小數(shù)乘次數(shù)存儲于m[i][j]中。
S[i][j]存儲最佳斷開位置。
A1:P0*P1
A2:P1*P2
A3:P2*P3
…
Ai:Pi-1*Pi
Ai+1:Pi*Pi+1
…
An:Pn-1*Pn
P0*P1*P2…*Pn——n+1個  

當(dāng)i=j時,m[i][j] = 0;
當(dāng)i<j時,m[i][j] = m[i][k]+m[k+1][j]+Pi-1PkPj
k在i,j之間取值,取值范圍為i<=k<j
有遞推關(guān)系如下:


動態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)是:

問題的最優(yōu)解包含了其子問題的最優(yōu)解。
最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)是問題可用動態(tài)規(guī)劃法求解的顯著特征。
Ak+1…Aj,Ai…Ak的最優(yōu)劃分也包含在Ai…Aj的最優(yōu)劃分中

s[i][j]的確定方法:

對于Ai……Aj
k=i, (Ai)(...Aj)
k=i+1, (AiAi+1)(...Aj)
k=j-1, (AiAi+1...Aj-1)Aj
求出m[i][j]的最小k值,存入s[i][j],

最后遞歸的由s[i][j]構(gòu)造出最優(yōu)解
代碼如下:

void func(int n,int *p,int **m,int **s){
  int i,h,j,k,t ;
  for(i = 1 ; i <= n ; i++)  //i=j,m[i][j]=0
    m[i][i] = 0;
  for(h = 2 ; h <= n ; h++){  //鏈長h
    for(i = 1 ; i < n-h+1 ; i++){
      j = i+h-1;
      m[i][j] = m[i+1][j]+p[i-1]*p[i]*p[j];
      s[i][j] = i;
      for(k = i+1 ; k < j ; k++){
        t = m[i][k] + m[k+1][j] + p[i-1]*p[k]*p[j];
        if(t < m[i][j]){
          m[i][j] = t;
          s[i][j] = k;
        }
      }
    }
  }
}
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