写在前面:笔者将参加16年北大的暑期acm的集训,考虑到拿到比较好的学习效果,笔者开这个专栏用于整理一下15年集训的课件和资料。考虑到时间非常有限(一个月),加上考试缠身,很难以做到每个专题都结合例题代码,因此对于笔者比较熟悉的专题(dp、数论、组合、博弈)主要以整理思想和方法为主,对于没学过的专题以建立裸体模型为主。
利用动态规划解题的泛式思路:
1. 将原问题分解为子问题
把原问题分解为若干个子问题,子问题和原问题形式相同 或类似,只不过规模变小了。子问题都解决,原问题即解 决(数字三角形例)。 子问题的解一旦求出就会被保存,所以每个子问题只需求 解一次。
2. 确定状态
在用动态规划解题时,我们往往将和子问题相 关的各个变量的一组取值,称之为一个“状态”。一个“状态”对应于一个或多个子问题, 所谓某个“状态”下的“值”,就是这个“状 态”所对应的子问题的解。
所有“状态”的集合,构成问题的“状态空间”。“状态 空间”的大小,与用动态规划解决问题的时间复杂度直接相关。 在数字三角形的例子里,一共有N×(N+1)/2个数字,所以这个 问题的状态空间里一共就有N×(N+1)/2个状态。 整个问题的时间复杂度是状态数目乘以计算每个状态所需 时间。 在数字三角形里每个“状态”只需要经过一次,且在每个 状态上作计算所花的时间都是和N无关的常数。
用动态规划解题,经常碰到的情况是,K个整型变量能 构成一个状态(如数字三角形中的行号和列号这两个变量 构成“状态”)。如果这K个整型变量的取值范围分别是 N1, N2, ……Nk,那么,我们就可以用一个K维的数组 array[N1] [N2]……[Nk]来存储各个状态的“值”。这个 “值”未必就是一个整数或浮点数,可能是需要一个结构 才能表示的,那么array就可以是一个结构数组。一个 “状态”下的“值”通常会是一个或多个子问题的解。
3. 确定一些初始状态(边界状态)的值
以“数字三角形”为例,初始状态就是底边数字,值 就是底边数字值。
4. 确定状态转移方程
定义出什么是“状态”,以及在该 “状态”下的“值”后,就要 找出不同的状态之间如何迁移――即如何从一个或多个“值”已知的 “状态”,求出另一个“状态”的“值”(“人人为我”递推型)。状 态的迁移可以用递推公式表示,此递推公式也可被称作“状态转移方程”。
能用动规解决的问题的特点
1) 问题具有最优子结构性质。如果问题的最优解所包含的 子问题的解也是最优的,我们就称该问题具有最优子结 构性质。
2) 无后效性。当前的若干个状态值一旦确定,则此后过程 的演变就只和这若干个状态的值有关,和之前是采取哪 种手段或经过哪条路径演变到当前的这若干个状态,没有关系。