第8讲+动态规划算法和实例分析
动态规划-例题众多-详细讲解演示课件.ppt
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拓展2：低价购买
“低价购买”这条建议是在奶牛股票市场取得成功的一半规则。要想被认为是伟
大的投资者，你必须遵循以下的问题建议:“低价购买；再低价购买”。每次你购买
一支股票,你必须用低于你上次购买它的价格购买它。买的次数越多越好!你的目标
是在遵循以上建议的前提下，求你最多能购买股票的次数。你将被给出一段时间内
为这些子问题做索引 ，以便它们能够在表中更好的存储
与检索 (i.e., 数组array【】)
以自底向上的方法来填写这表格; 首先填写最小子问题 的解.
这就保证了当我们解决一个特殊的子问题时, 可以利 用比它更小的所有可利用的 子问题的解.
由于历史原因, 我们称这种方法为：
动态规划.
在上世纪40年代末 (计算机普及很少时),
棋盘用坐标表示，A 点（0，0）、B 点（n,m）(n,m 为 不超过 20 的整数，并由键盘输入)，同样马的位置坐标 是需要给出的（约定: C<>A，同时C<>B）。现在要求 你计算出卒从 A 点能够到达 B 点的路径的条数。 [输入]: 键盘输入
B点的坐标（n,m）以及对方马的坐标（X,Y）{不用盘错} [输出]:
案被认为是相同的。
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拓展3：合唱队形 （vijis1098）
N位同学站成一排，音乐老师要请其中的(N-K)位同学出 列，使得剩下的K位同学排成合唱队形。
合唱队形是指这样的一种队形：设K位同学从左到右依 次编号为1，2…，K，他们的身高分别为T1，T2，…，TK ， 则他们的身高满足T1<...<Ti>Ti+1>…>TK(1<=i<=K)。
动态规划方法求解线性规划问题
动态规划方法求解线性规划问题标题：动态规划方法求解线性规划问题引言概述：动态规划是一种解决多阶段决策过程中最优化问题的方法，通过将问题分解为子问题并利用之前计算的结果来减少计算量，从而找到最优解。
在线性规划问题中，动态规划方法可以有效地求解最优解，提高计算效率。
正文内容：一、线性规划问题的定义1.1 线性规划问题是指在一系列约束条件下，求解线性目标函数的最优解的问题。
1.2 线性规划问题通常包括决策变量、目标函数和约束条件。
1.3 线性规划问题的目标是找到使目标函数取得最大值或最小值的决策变量取值。
二、动态规划方法的原理2.1 动态规划方法将原始问题分解为多个子问题，并利用之前计算的结果来减少计算量。
2.2 动态规划方法通常包括确定状态、状态转移方程和边界条件。
2.3 动态规划方法适用于满足最优子结构和重叠子问题性质的问题。
三、动态规划方法在线性规划问题中的应用3.1 将线性规划问题转化为动态规划问题，可以有效地求解最优解。
3.2 动态规划方法可以处理包含多个决策变量和约束条件的复杂线性规划问题。
3.3 动态规划方法在求解线性规划问题时能够提高计算效率，减少计算时间。
四、动态规划方法的实例分析4.1 假设有一个包含多个产品的生产计划问题，需要在有限资源下最大化利润。
4.2 可以将该生产计划问题转化为线性规划问题，并利用动态规划方法求解最优生产计划。
4.3 动态规划方法可以帮助生产计划问题的决策者找到最优的生产方案，实现最大利润。
五、动态规划方法的优势和局限性5.1 动态规划方法在求解线性规划问题时具有较高的计算效率和准确性。
5.2 动态规划方法可以处理复杂的线性规划问题，并找到最优解。
5.3 动态规划方法的局限性在于对问题的状态转移方程和边界条件的确定需要一定的经验和技巧。
结论：动态规划方法在求解线性规划问题中具有重要的应用意义，可以帮助决策者找到最优解，提高计算效率，实现最大化利益。
通过深入理解动态规划方法的原理和应用，可以更好地解决线性规划问题，实现决策优化。
动态规划算法的详细原理及使用案例
动态规划算法的详细原理及使用案例一、引言动态规划是一种求解最优化问题的算法，它具有广泛的应用领域，如机器学习、图像处理、自然语言处理等。
本文将详细介绍动态规划算法的原理，并提供一些使用案例，以帮助读者理解和应用这一算法的具体过程。
二、动态规划的基本原理动态规划算法通过将问题分解为多个子问题，并利用已解决子问题的解来求解更大规模的问题。
其核心思想是利用存储技术来避免重复计算，从而大大提高计算效率。
具体来说，动态规划算法通常包含以下步骤：1. 定义子问题：将原问题分解为若干个子问题，这些子问题具有相同的结构，但规模更小。
这种分解可以通过递归的方式进行。
2. 定义状态：确定每个子问题的独立变量，即问题的状态。
状态具有明确的定义和可计算的表达式。
3. 确定状态转移方程：根据子问题之间的关系，建立状态之间的转移方程。
这个方程可以是简单的递推关系式、递归方程或其他形式的方程。
4. 解决问题：使用递推或其他方法，根据状态转移方程求解每个子问题，直到获得最终解。
三、动态规划的使用案例1. 背包问题背包问题是动态规划算法的经典案例之一。
假设有一个背包，它能容纳一定重量的物品，每个物品有对应的价值。
目的是在不超过背包总重量的前提下，选取最有价值的物品装入背包。
这个问题可以通过动态规划算法来求解。
具体步骤如下：（1）定义问题：在不超过背包容量的限制下，选取物品使得总价值最大化。
（2）定义状态：令dp[i][j]表示将前i个物品放入容量为j的背包中所能获得的最大价值。
（3）状态转移方程：dp[i][j] = max(dp[i-1][j-w[i]]+v[i], dp[i-1][j])，其中w[i]为第i个物品的重量，v[i]为第i个物品的价值。
（4）解决问题：根据状态转移方程依次计算每个子问题的解，并记录最优解，直到获得最终答案。
2. 最长公共子序列最长公共子序列（Longest Common Subsequence，简称LCS）是一种经典的动态规划问题，它用于确定两个字符串中最长的共同子序列。
动态规划算法原理与的应用
动态规划算法原理与的应用动态规划算法是一种用于求解最优化问题的常用算法。
它通过将原问题划分为子问题，并将每个子问题的解保存起来，以避免重复计算，从而降低了问题的时间复杂度。
动态规划算法的核心思想是自底向上地构建解，以达到求解整个问题的目的。
下面将介绍动态规划算法的原理以及一些常见的应用。
1.动态规划算法的原理1)将原问题划分为多个子问题。
2)确定状态转移方程，即找到子问题之间的关系，以便求解子问题。
3)解决子问题，并将每个子问题的解保存起来。
4)根据子问题的解，构建整个问题的解。
2.动态规划算法的应用2.1最长公共子序列1) 定义状态：假设dp[i][j]表示序列A的前i个字符和序列B的前j个字符的最长公共子序列的长度。
2) 确定状态转移方程：若A[i] == B[j]，则dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + 1；若A[i] != B[j]，则dp[i][j] = max(dp[i-1][j],dp[i][j-1])。
3) 解决子问题：从前往后计算dp数组中每个元素的值。
4) 构建整个问题的解：dp[m][n]即为最终的最长公共子序列的长度，其中m和n分别为序列A和序列B的长度。
2.2背包问题背包问题是指给定一个背包的容量和一些物品的重量和价值，要求在不超过背包容量的情况下，选择若干物品放入背包中，使得背包中物品的总价值最大。
该问题可通过动态规划算法求解，具体步骤如下：1) 定义状态：假设dp[i][j]表示在前i个物品中选择若干物品放入容量为j的背包中，能够获得的最大价值。
2) 确定状态转移方程：考虑第i个物品，若将其放入背包，则dp[i][j] = dp[i-1][j-wi] + vi；若不将其放入背包，则dp[i][j] = dp[i-1][j]。
3) 解决子问题：从前往后计算dp数组中每个元素的值。
4) 构建整个问题的解：dp[n][C]即为最终的背包能够获得的最大价值，其中n为物品的个数，C为背包的容量。
动态规划例题
动态规划例题动态规划是一种以最优化原理为基础的问题求解方法，通过拆分问题为若干阶段，每个阶段求解一个子问题，再逐步推导出整个问题的最优解。
例如，有一个背包能够承受一定的重量，现有一些物品，每个物品都有自己的重量和价值。
我们希望将物品放入背包中，使得背包的总价值最大。
这个问题可以用动态规划来解决。
首先，我们定义一个二维数组dp，其中dp[i][j]表示在前i个物品中，容量为j的背包中所能放入的物品的最大价值。
那么，对于每一个物品，可以选择放入背包或者不放入背包。
如果选择放入背包，最大价值为dp[i-1][j-w[i]] + v[i]，其中w[i]表示第i个物品的重量，v[i]表示第i个物品的价值。
如果选择不放入背包，最大价值为dp[i-1][j]。
因此，dp[i][j]的状态转移方程为：dp[i][j] = max(dp[i-1][j-w[i]] + v[i], dp[i-1][j])。
基于这个状态转移方程，可以逐步求解从第1个物品到第n个物品的最大价值。
最终，dp[n][W]即为问题的最优解，其中W 表示背包的容量。
举个简单的例子，假设背包的容量为10，有3个物品，它们的重量分别为3、4、5，价值分别为4、5、6。
此时，可以得到如下的dp矩阵：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 4 4 4 4 4 4 4 40 0 0 4 5 5 9 9 9 9 90 0 0 4 5 5 9 10 10 14 14我们可以看到，dp[3][10]的最大价值为14，表示在前3个物品中，容量为10的背包中所能放入的物品的最大价值为14。
通过动态规划，我们可以有效地求解背包问题，得到物品放入背包的最优解。
这个例子只是动态规划的一个简单应用，实际上，动态规划可以解决各种复杂的问题，如最长公共子序列、最大子数组和、最大字段和等。
因此，学习动态规划是非常有意义的。
动态规划算法教学PPT
03
动态规划算法的实现步骤
明确问题，建立数学模型
1
确定问题的目标和约束条件，将其转化为数学模 型。
2
理解问题的阶段划分，将问题分解为若干个子问 题。
3
确定状态变量和决策变量，以便描述子问题的状 态和决策。
划分阶段，确定状态变量和决策变量
01
根据问题的阶段划分，将问题分解为若干个子问题。
02
确定状态变量和决策变量，以便描述子问题的状态 和决策。
02
将子问题的最优解组合起来，得到原问题的最优解。
对最优解进行验证和性能评估，确保其满足问题的要求。
03
04
动态规划算法的优化技巧
分支定界法
分支定界法是一种求解优化问题的算 法，它通过不断生成问题的分支并确 定每个分支的界限，来寻找最优解。 在动态规划中，分支定界法可以用来 优化状态转移方程，减少计算量。
详细描述
多目标规划问题在实际生活中应用广泛，如资源分配、项目计划、城市规划等领 域都有涉及。常用的求解多目标规划的方法包括权重和法、帕累托最优解等。
多阶段决策问题
总结词
多阶段决策问题是动态规划中的一类，解决的问题需要在多个阶段做出决策，每个阶段的决策都会影响到后续阶 段的决策。
详细描述
多阶段决策问题在实际生活中应用广泛，如生产计划、库存管理、路径规划等领域都有涉及。常用的求解多阶段 决策问题的方法包括递归法、动态规划等。
特点
动态规划算法具有最优子结构、重叠 子问题和最优解性质等特征。
动态规划算法的应用领域
计算机科学
在计算机科学中，动态规划算法广泛应用于字符 串处理、排序、数据压缩和机器学习等领域。
电子工程
在电子工程中，动态规划算法用于信号处理、通 信和控制系统等领域。
动态规划算法
动态规划算法
动态规划算法（Dynamic Programming）是一种解决多阶段最优化决策问题的算法。
它将问题分为若干个阶段，并按照顺序从第一阶段开始逐步求解，通过每一阶段的最优解得到下一阶段的最优解，直到求解出整个问题的最优解。
动态规划算法的核心思想是将问题划分为子问题，并保存已经解决过的子问题的解，以便在求解其他子问题时不需要重新计算，而是直接使用已有的计算结果。
即动态规划算法采用自底向上的递推方式进行求解，通过计算并保存子问题的最优解，最终得到整个问题的最优解。
动态规划算法的主要步骤如下：
1. 划分子问题：将原问题划分为若干个子问题，并找到问题之间的递推关系。
2. 初始化：根据问题的特点和递推关系，初始化子问题的初始解。
3. 递推求解：按照子问题的递推关系，从初始解逐步求解子问题的最优解，直到求解出整个问题的最优解。
4. 得到最优解：根据子问题的最优解，逐步推导出整个问题的最优解。
5. 保存中间结果：为了避免重复计算，动态规划算法通常会使
用一个数组或表格来保存已经求解过的子问题的解。
动态规划算法常用于解决最优化问题，例如背包问题、最长公共子序列问题、最短路径问题等。
它能够通过将问题划分为若干个子问题，并通过保存已经解决过的子问题的解，从而大大减少计算量，提高算法的效率。
总之，动态规划算法是一种解决多阶段最优化决策问题的算法，它通过将问题划分为子问题，并保存已经解决过的子问题的解，以便在求解其他子问题时不需要重新计算，从而得到整个问题的最优解。
动态规划算法能够提高算法的效率，是解决最优化问题的重要方法。
动态规划算法的常见实例
动态规划算法的常见实例动态规划算法是一种将复杂问题分解为简单子问题来解决的算法，它可被应用于多个领域中，如经济学、生物学、计算机科学等。
在本文中，我们将详细讨论动态规划算法的常见实例。
一、最长公共子序列问题最长公共子序列（LCS）问题是一个经典的计算机科学问题，它要求在两个字符串中找到最长的相同连续子序列。
例如，对于字符串“ABCD”和“ACDF”，最长公共子序列为“ACD”。
使用动态规划方法来解决LCS问题。
首先定义一个m行n列的二维矩阵，其中m和n分别表示两个字符串的长度。
然后，使用以下递推关系：1. 如果一个字符串的长度为0，LCS为0。
2. 如果两个字符不相同，则LCS为它们的前一个字符集合和它们的后一个字符集合的最大值。
3. 如果两个字符相同，则LCS为它们的前一个字符集合和它们的后一个字符集合所组成的子序列中的最大值加1。
最后，矩阵右下角的值就是LCS的长度。
二、背包问题背包问题（Knapsack problem）是一个经典的组合优化问题，被广泛应用于计算机科学和其他领域。
在一个决策者必须决定是否将某些物品放入背包中的场景中，背包问题就发挥了作用。
具体来说，我们要解决的问题是：对于一个固定容量的背包，有一些物品，它们的重量和价值都不同，如何在不超过背包容量的前提下，使所装载物品的总价值最大化。
一种解决方案是使用动态规划方法。
定义一个二维数组，其行表示物品，列表示背包大小。
然后，使用以下递推关系：1. 如果所考虑的物品重量大于背包容量，则不选此物品。
2. 否则，在选取该物品和不选该物品两种情况中选择最优解作为最终结果。
最后，矩阵中右下角的值就是最大的总价值。
三、矩阵链乘法矩阵链乘法是一种计算矩阵乘积的优化算法。
它使用动态规划算法来确定矩阵乘积的最小值。
对于一个长度为n的矩阵链，我们可以定义一个n×n 的矩阵M，其中第i行第j列的元素Mi，j表示第i个矩阵与第j个矩阵相乘的最小次数。
第8章 动态规划《管理运筹学》PPT课件
8.2 动态规划模型建立
下面以投资问题为例介绍动态规划的建模条件。
【例8-2】 某公司现有资金20万元，若投资于三个
8.1 动态规划基础知识
（5）状态转移方程：状态转移方程是确定过程由一
个状态转移到另一个状态的演变过程。动态规划中某一状
态以及该状态下的决策，与下一状态之间具有一定的函数
关系，称这种函数关系的表达式为状态转移方程。如果第
k段的状态为 sk ，该阶段的决策为
的状态就可以用下式来表示：
uk
sk
，则第k+1段
阶段的指标函数，是该阶段最优的指标函数。
8.2 动态规划模型建立
建立动态规划模型，就是在分析实际问题的基础上建 立该问题的动态规划基本方程。成功地应用动态规划方法 的关键，在于识别问题的多阶段特征，将问题分解成为可 用递推关系式联系起来的若干子问题，或者说正确地建立 具体问题的基本方程，这需要经验与技巧。而正确建立基 本递推关系方程的关键又在于正确选择状态变量，保证各 阶段的状态变量具有递推的状态转移关系。
第8章 动态规划
动态规划(DYnamic Programming，缩写为DP)方法 ，是本世纪50年代初期由美国数学家贝尔曼(Richard E ，Bellman)等人提出，后来逐渐发展起来的数学分支， 它是一种解决多阶段决策过程最优化问题的数学规划法 。动态规划的数学模型和求解方法比较灵活，对于连续 的或离散的，线性的或非线性的，确定性的或随机性的 模型，只要能构成多阶段决策过程，便可用动态规划方 法求其最优解。因而在自然科学、社会科学、工程技术 等许多领域具有广泛的用途，甚至一定程度上比线性规 划（LP）、非线性规划（NLP）有成效，特别是对于某 些离散型问题，解析数学无法适用，动态规划方法就成 为非常有用的求解工具。
实验二最长公共子序列（动态规划算法）
实验二最长公共子序列（动态规划算法）班级：08计算机科学与技术（1）班学号：E08620113 姓名：戴斌江机器号：实验二最长公共子序列问题一、实验目的：1、理解动态规划算法的概念；2、掌握动态规划算法的基本要素；3、掌握设计动态规划算法的步骤；4、通过应用范例学习动态规划算法的设计技巧与策略；二、实验内容及要求：1、使用动态规划算法解决最长公共子序列问题：给定两个序列X={x1,x2,…,xm}和Y={y1,y2,…,yn}，找出X和Y的最长公共子序列。
2、通过上机实验进行算法实现。
3、保存和打印出程序的运行结果，并结合程序进行分析，上交实验报告。
三、实验原理：动态规划(dynamic programming)是运筹学的一个分支，是求解决策过程（decision process)最优化的数学方法。
20世纪50年代初美国数学家R.E.Bellman等人在研究多阶段决策过程(multistep decision process)的优化问题时，提出了著名的最优化原理(principle of optimality)，把多阶段过程转化为一系列单阶段问题，利用各阶段之间的关系，逐个求解，创立了解决这类过程优化问题的新方法——动态规划。
1957年出版了他的名著Dynamic Programming，这是该领域的第一本著作。
算法总体思想：1)动态规划算法与分治法类似，其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题,先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。
2)与分治法不同的是，适合于用动态规划法求解的问题，经分解得到的子问题往往不是独立的。
子问题中存在大量的公共子问题，在分治求解过程中被多次重复计算，保存计算结果，为后面的计算直接引用，减少重复计算次数这就是动态规划的基本思想。
3)用动态规划算法求解问题，可依据其递归式以自底向上的方式进行计算。
在计算过程中，保存已解决的子问题的答案。
每个子问题只计算一次，而在后面需要时只要简单查一下，从而避免大量重复计算，最终得到多项式时间算法。
动态规划算法
21(2+19),28(18+10),19(9+10),21(5+16)。
用同样的方法还可以将4阶数塔问题,变为3阶数塔问题。 …… 最后得到的1阶数塔问题，就是整个问题的最优解。
2．存储、求解： 1) 原始信息存储 原始信息有层数和数塔中的数据，层数用一个整型 变量n存储，数塔中的数据用二维数组data，存储成如
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数塔及动态规划过程数据
总结
动态规划=贪婪策略+递推(降阶)+存储递推结果 贪婪策略、递推算法都是在“线性”地解决问题，而动态 规划则是全面分阶段地解决问题。可以通俗地说动态规划是 “带决策的多阶段、多方位的递推算法”。
2、算法框架
1.适合动态规划的问题征
动态规划算法的问题及决策应该具有三个性质：最优 化原理、无后向性、子问题重叠性质。 1) 最优化原理(或称为最佳原则、最优子结构)。 2) 无后向性(无后效性)。 3) 有重叠子问题。
2. 动态规划的基本思想
动态规划方法的基本思想是，把求解的问题分成许多阶 段或多个子问题，然后按顺序求解各子问题。最后一个子问 题就是初始问题的解。
由于动态规划的问题有重叠子问题的特点，为了减少重 复计算，对每一个子问题只解一次，将其不同阶段的不同状 态保存在一个二维数组中。
3. 设计动态规划算法的基本步骤
3、动态规划应用
【例1】 背包问题 给定 n种物品和一个容量为 C的背包，物品 i的重 量是 wi ，其价值为 vi ，背包问题是如何选择装入背包 的物品，使得装入背包中物品的总价值最大?
算法分析
前 i 个物品(1≤i≤n)定义的实例： 物品的重量分别为w1,…,wi， 价值分别为v1，…，vi， 背包的承重量为j(1≤j≤W)。 设V[i,j]为该实例的最优解的物品总价值，也就 是说，是能够放进承重量为j的背包中的前i个物品中 最有价值子集的总价值。 可以把前i个物品中能够放进承重量为j的背包中的 子集分成两个类别： 1、包括第i个物品的子集 2、不包括第i个物品的子集
动态规划讲解大全(含例题及答案)
多阶段决策过程的最优化问题。 在现实生活中，有一类活动的过程，由于它的特殊性，可将过程分成若干个互相联系的阶段，在 它的每一阶段都需要作出决策，从而使整个过程达到最好的活动效果。当然，各个阶段决策的选取不 是任意确定的，它依赖于当前面临的状态，又影响以后的发展，当各个阶段决策确定后，就组成一个 决策序列，因而也就确定了整个过程的一条活动路线，如图所示：（看词条图） 这种把一个问题看作是一个前后关联具有链状结构的多阶段过程就称为多阶段决策过程，这种问 题就称为多阶段决策问题。
在前面的例子中，第一个阶段就是点 A，而第二个阶段就是点 A 到点 B，第三个阶段是点 B 到点 C，而第四个阶段是点 C 到点 D。
状态：状态表示每个阶段开始面临的自然状况或客观条件，它不以人们的主观意志为转移，也称 为不可控因素。在上面的例子中状态就是某阶段的出发位置，它既是该阶段某路的起点，同时又是前 一阶段某支路的终点。
fout.close(); return 0; }
USACO 2.3 Longest Prefix
题目如下： 在生物学中，一些生物的结构是用包含其要素的大写字母序列来表示的。生物学家对于把长的序 列分解成较短的（称之为元素的）序列很感兴趣。 如果一个集合 P 中的元素可以通过串联（允许重复；串联，相当于 Pascal 中的 “+” 运算符） 组成一个序列 S ，那么我们认为序列 S 可以分解为 P 中的元素。并不是所有的元素都必须出现。 举个例子，序列 ABABACABAAB 可以分解为下面集合中的元素： {A, AB, BA, CA, BBC} 序列 S 的前面 K 个字符称作 S 中长度为 K 的前缀。设计一个程序，输入一个元素集合以及一 个大写字母序列，计算这个序列最长的前缀的长度。 PROGRAM NAME: prefix INPUT FORMAT 输入数据的开头包括 1..200 个元素（长度为 1..10 ）组成的集合，用连续的以空格分开的字 符串表示。字母全部是大写，数据可能不止一行。元素集合结束的标志是一个只包含一个 “.” 的行。 集合中的元素没有重复。接着是大写字母序列 S ，长度为 1..200,000 ，用一行或者多行的字符串 来表示，每行不超过 76 个字符。换行符并不是序列 S 的一部分。 SAMPLE INPUT (file prefix.in) A AB BA CA BBC . ABABACABAABC OUTPUT FORMAT 只有一行，输出一个整数，表示 S 能够分解成 P 中元素的最长前缀的长度。 SAMPLE OUTPUT (file prefix.out) 11 示例程序如下： #include <stdio.h>
动态规划算法详解及应用实例
动态规划算法详解及应用实例动态规划算法是一种常见的解决各种最优化问题的算法。
它适用于很多复杂的问题，如图形分析、路线规划、搜索引擎等等。
本文将详细讲解动态规划算法的基本原理、特点和应用实例，供大家学习和借鉴。
一、动态规划算法基本原理动态规划，简称DP，是一种递推式算法，通过将问题分解成一系列子问题，并按照一定的顺序对子问题进行求解，最终得到问题的最优解。
其主要思想是：当我们在解题时遇到一个问题时，如果能将这个问题划分成若干个与原问题相似但规模更小的子问题，而这些子问题又可以逐一求解，最终将所有子问题的结果汇总起来得到原问题的解，那么这个问题就可以使用动态规划算法解决。
由于动态规划算法中有“最优解”的要求，所以在求解过程中需要涉及到状态转移方程的设计。
状态转移方程是一个数学公式，它描述了一个状态如何从前一个状态转移而来，以及在当前状态下所做的某些决策对下一个状态的影响。
通过不断迭代求解状态转移方程，我们可以得到最优解。
二、动态规划算法的特点1、动态规划是一种自底向上的策略，通常需要维护一个状态表格，记录下每个阶段的最优解，最后汇总起来得到问题的最终解。
2、动态规划通常具有“无后效性”的特点，即求解某个决策问题时，当前状态之后的决策不会影响之前的决策。
因此，在涉及到状态转移时，只需考虑当前状态和以前的状态即可。
3、动态规划通常包含两个要素：最优子结构和重叠子问题。
最优子结构是指一个问题的最优解由其子问题的最优解递推而来，而重叠子问题则是指在递归求解的过程中，同一问题会被反复求解多次，因此需要使用记忆化搜索等技巧，避免重复计算。
4、动态规划算法的时间复杂度通常是O(n^2)或O(n^3)，空间复杂度通常也会比较高。
三、应用实例：0-1背包问题0-1背包问题是指在背包容量固定的情况下，如何选择物品才能使得背包装载的价值最大，其中每个物品只能选择一次。
对于此类问题，可以采用动态规划算法进行求解。
首先需要确定问题的状态转移方程，具体如下：设f(i,j)表示在前i个物品中，当背包的容量为j时，能够装载的最大价值，那么状态转移方程为：f(i,j)=max{f(i-1,j), f(i-1,j-wi)+vi}其中，wi表示第i个物品的重量，vi表示第i个物品的价值。
《动态规划》课件
动态规划具有最优子结构和重叠子问题的特点，能够通过保存已解决的子问题来避免重复计 算。
应用场景
动态规划广泛应用于路线规划、资源分配、序列匹配等问题，能够有效地解决复杂的优化和 决策问题。
动态规划的优缺点
1 优点
动态规划能够提供最优的解决方案，同时能够高效地解决问题，避免重复计算。
2 缺点
使用动态规划解决问题需要设计状态转移方程，对于复杂问题可能需要较高的思维和计 算复杂度。
《动态规划》PPT课件
欢迎来到《动态规划》PPT课件! 本课程将深入探讨动态规划的应用和技巧， 帮助你理解这一强大的问题求解方法。
什么是动态规划
动态规划是一种通过将问题拆分为更小的子问题，并根据子问题的解来求解 原问题的方法。它可以应用于许多领域，包括优化、组合数学和图论。动态规划的特点 Nhomakorabea应用场景
参考资料
• 经典教材 • 学术论文 • 网络资源
确定问题的初始状态和结束条件，作为动态规划的边界。
4
确定优化方向
选择最优的状态转移路径，以达到问题的最优解。
经典问题解析
斐波那契数列
通过动态规划求解斐波那契数列，可以有效 地避免重复计算，提高计算效率。
最长公共子序列
使用动态规划求解最长公共子序列，可以在 时间复杂度为O(n*m)的情况下找到最长公共 子序列。
最优子结构
定义
最优子结构表示一个问题的最优解可以通过子 问题的最优解来构建。
举例
在路径规划问题中，通过求解子问题的最短路 径，可以获得整个路径规划的最短路径。
重叠子问题
定义
重叠子问题表示一个问题的子问题会被重复计 算多次。
举例
在斐波那契数列中，计算每个数字需要依赖于 前两个数字，导致重复计算了相同的子问题。
动态规划(完整)
(3) 决策、决策变量
所谓决策就是确定系统过程发展的方案，
决策的实质是关于状态的选择，是决策者
从给定阶段状态出发对下一阶段状态作出
的选择。
用以描述决策变化的量称之决策变量， 和状态变量一样，决策变量可以用一个数， 一组数或一向量来描述．也可以是状态变量
的函数，记以 xk xk (sk ) ，表示于 k 阶段状
动态规划的分类:
• 离散确定型 • 离散随机型 • 连续确定型 • 连续随机型
动态规划的特点:
• 动态规划没有准确的数学表达式和定义 精确的算法, 它强调具体问题具体分析,
依赖分析者的经验和技巧。
• 与运筹学其他方法有很好的互补关系, 尤 其在处理非线性、离散性问题时有其独 到的特点。
通常多阶段决策过程的发展是通过状态的一系列变换来 实现的。一般情况下，系统在某个阶段的状态转移除与本阶 段的状态和决策有关外，还可能与系统过去经历的状态和决 策有关。因此，问题的求解就比较困难复杂。而适合于用动 态规划方法求解的只是一类特殊的多阶段决策问题，即具有 “无后效性”的多阶段决策过程。
4 6
C1
3
B2 3
4T
3 3
C2
阶段指标函数：
vk sk , xk cskxk
5
A3
B3
过程指标（阶段递推）函数:
fk(sk ) min
vk (sk , xk )
fk
1
(sk
1 )
k= 4
f4 (C1) = 3, f4 (C2) = 4
2
k=3
f3(B1)=min{1+f4(C1)=4*, 4+f4(C2)=8}=4
(6) 指标函数
用来衡量策略或子策略或决策的效果的 某种数量指标，就称为指标函数。它是定义 在全过程或各子过程或各阶段上的确定数量 函数。对不同问题，指标函数可以是诸如费 用、成本、产值、利润、产量、耗量、距离、 时间、效用，等等。
《动态规划算法》课件
多阶段决策优化
详细描述
背包问题是一个经典的动态规划问题，通过将问题分解 为多个阶段，并为每个阶段定义状态和状态转移方程， 我们可以找到最优解。在背包问题中，我们使用一个二 维数组来存储每个状态的最优解，并逐步更新状态以找 到最终的最优解。
最长公共子序列求解
总结词
字符串匹配优化
详细描述
最长公共子序列问题是一个经典的动态规划问题，用 于找到两个序列的最长公共子序列。通过动态规划， 我们可以避免在寻找公共子序列时进行冗余比较，从 而提高算法效率。在动态规划中，我们使用一个二维 数组来存储子问题的最优解，并逐步构建最终的最长 公共子序列。
动态规划的基本思想
01
将问题分解为子问 题
将原始问题分解为若干个子问题 ，子问题的解可以构成原问题的 解。
02
保存已解决的子问 题
将已解决的子问题的解保存起来 ，以便在求解其他子问题时重复 使用。
03
递推求解
从子问题的解逐步推导出原问题 的解，通常采用自底向上的方式 求解。
02
动态规划算法的步骤
可并行化
动态规划算法可以并行化执行，以提高计算效率，这对于 大规模问题的求解非常有利。
缺点
• 空间复杂度高：动态规划算法需要存储大量的中间状态，因此其空间复杂度通常较高，有时甚至会超过问题规 模的一个指数倍。
• 问题规模限制：由于动态规划算法的空间复杂度较高，因此对于大规模问题的求解可能会遇到困难。 • 可能产生大量重复计算：在动态规划算法中，对于每个子问题，可能会被多次计算和存储，这会导致大量的重复计算和存储空间浪费。 • 不易发现：动态规划算法的应用范围有限，对于一些非最优子结构问题或没有重叠子问题的优化问题，动态规划算法可能不适用。因此，在解决问题时需要仔细分析问题特性，判断是
运筹学课件(动态规划)
（二）、动态规划的基本思想 1、动态规划方法的关键在于正确地写出基本的递推 关系式和恰当的边界条件（简称基本方程）。要做到 这一点，就必须将问题的过程分成几个相互联系的阶 段，恰当的选取状态变量和决策变量及定义最优值函 数，从而把一个大问题转化成一组同类型的子问题， 然后逐个求解。即从边界条件开始，逐段递推寻优， 在每一个子问题的求解中，均利用了它前面的子问题 的最优化结果，依次进行，最后一个子问题所得的最 优解，就是整个问题的最优解。
d( B1,C1 ) + f1 (C1 ) 3+1 f2 ( B1 ) = min d( B1,C2 ) + f1 (C2 ) = min 3+3 d( B1,C3 ) + f1 (C3 ) 1+4 4 = min 6 = 4 (最短路线为B1→C1 →D) 5
3
2 A 4 B2 B1 2 1 3
最优策略为（30，20），此时最大利润为105万元。
f 2 ( 40)
g2 ( y) y 0 ,10 ,, 40
max
f1 ( 40 y )
90
最优策略为（20，20），此时最大利润为90万元。
f 2 (30)
g2 ( y) y 0 ,10 , 20 , 30
max
f1 (30 y )
70
最优策略为（20，10），此时最大利润为70万元。
f 2 ( 20) ma 0 ,10 , 20
50
最优策略为（20，0），此时最大利润为50万元。
f 2 (10) maxg 2 ( y ) f1 (10 y )
3 2 A 4 B2 B1 2 3 1 3 1
C1 C2 4 3
动态规划基本方法
（3）确定决策变量uk及允许决策集Dk(sk)； （4）给出状态转移方程 sk+1=Tk(sk,uk)； （5）给出满足要求的过程指标函数Vk,n及相应的最 优值函数；
（6）写出递推方程和边界条件，建立基本方程； （7）按照基本方程递推求解。
0≤x1≤s1
=23.7s1
(x1*=0)
f1(1000)=23.7╳1000=23700
s1=1000 s2=900
s3=810
x1*=0
x2*=0
x3*=810
s1-x1*=1000 s2-x2*=900 s3-x3*=0
s4=567 x4*=567 s4-x4*=0
s5=397 x5*=397 s5-x5*=0
2.2 动态规划的基本方程 动态规划的最优性原理（贝尔曼原理）：作为整 个过程的最优策略具有这样的性质，即无论过去的状 态和决策如何，对前面的决策所形成的状态而言，余 下的诸决策必须构成最优策略。简言之，最优策略的 子策略也必是最优的。 根据此原理，要求全过程最优策略，可从子过程 策略的最优化入手。对于过程指标函数是阶段指标函 数和的形式，考虑k-子过程最优值函数fk(sk):
第4节 动态规划和静态规划的关系
静态规划所研究的问题是与时间无关的，而动态
规划所研究的问题是和时间有关的。对于某些静态规 划问题，也可人为地引入时间因素，把它看做一个按 阶段进行的动态规划问题，用动态规划的方法求解。
例 用动态规划法求解
max F=4x12-x22+2x32+12 3x1+2x2+x3≤9 xi≥0 i=1,2,3
0≤x4≤s4
0≤x4≤s4
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for(t=0,w=0,i=0;i<=m-1;i++) for(j=t;j<=n-1;j++) if(s[i][j]==1 && c[i][j]==c[0][0]-w) { printf("%c",x[i]); w++; t=j+1; break; }
cw=c; for(sp=0,sw=0,i=1;i<=n-1;i++) if(m[i][cw]>m[i+1][cw]) //x(i)=1,装载w(i) { cw-=w[i]; //cw=cw-x(i)*w(i) sw+=w[i]; sp+=p[i]; printf("%2d\t%3d\t%3d\n",i,w[i],p[i]); }
最长公共子序列
逆推动态规划算法设计——计算最优值
⑵逆推计算c(i,j) for(i=m-1;i>=0;i--) for(j=n-1;j>=0;j--) if(x[i]==y[j]) c[i][j]=c[i+1][j+1]+1; else { if(c[i][j+1]>c[i+1][j]) c[i][j]=c[i][j+1]; else c[i][j]=c[i+1][j]; }
动态规划简介
动态规划的步骤
将所求最优化问题分成若干个阶段，找出最优解的性质， 并刻画其结构特征。 将问题发展到各个阶段时所处的不同状态表示出来，确定 各个阶段状态之间的递推关系，并确定初始(边界)条件。 应用递推求解最优值。 根据计算最有值时所得到的信息，构造最优解。 最优子结构。问题的最优解包含了其子问题的最优解，则 称该问题具有最优子结构性质。 重叠子问题。用递归算法自顶向下解问题时，有些子问题 会被反复计算多次，称这些字问题重叠。动态规划算法利 用这种子问题重叠性质，对每个字问题只解一次(保存下 来)，已有尽可能多的利用这些子问题的解。
动态规划算法和实例分析
动态规划简介 0-1背包问题 最长公共子序列
动态规划简介
动态规划的基本思想
动态规划(DP：Dynamic Programming)是一种重要的程 序设计手段，其基本思想是在对一个问题的多阶段决策中， 按照某一顺序，根据每一步所选决策的不同，会引起状态的 转移，最后会在变化的状态中获取到一个决策序列。 动态规划就是为了使获取的决策序列在某种条件下达 到最优。动态规划是一种将多阶段决策过程转化为一系列单 阶段问题，然后逐个求解的程序设技方法。 引例：已知6种物品和一个可载重量为60的背包，物品 i(i=1,2,…,6)的重量wi分别为(15,17,20,12,9,14)，产生 的效益pi分别为(32,37,46,26,21,30)。装包时每一件物品 可以装入，也可以不装，但不可拆开装。确定如何装包，使 所得装包总效益最大。
knapsack(0-1)
动态规划算法和实例分析
动态规划简介 0-1背包问题 最长公共子序列
最长公共子序列
最长公共子序列概念
子序列 一个给定序列的子序列是在该序列中删去若干元素后所得到 的序列。即：给定X={x1,x2,…,xm}和Z={z1,z2,…,zk}，X的 子序列是指存在一个严格递增下标序列{i1,i2,…,ik}，使 得对于所有的j=1,2,…k，有zj=xij。例如： Z={b,d,c,a}是X={a,b,c,d,c,b,a}的一个子序列 公共子序列 若序列Z是序列X的子序列，又是序列Y的子序列，则称Z是序 列X和序列Y的公共子序列。例如： 序列"bcba"是"abcbdab"与"bdcaba"的公共子序列
⑶经过上述推导，最优值在c[0][0]中。
最优值推导示例
最长公共子序列
逆推动态规划算法设计——构造最优解
为了能够构造最优解，在逆推计算最优值的过程中，利用 s(i,j)记录x(i)与y(j)比较的结果： 当x(i)=y(j)时， s(i,j)=1 当x(i)!=y(j)时，s(i,j)=0 X序列的每一项与Y序列的每一项逐一比较，根据s(i,j)与 c(i,j)的取值构造最长公共子序列。对x(i)与y(j)比较， 其中i=0,1,…,m-1; j=t,…n-1(t从0开始），当确定最长 公共子序列中的一项时，通过t=t+1操作避免重复取项。 若s(i,j)=1且c(i,j)=c(0,0)时，取x(i)为最长公共序列 中的第1项。 若s(i,j)=1且c(i,j)=c(0,0)-w时，取x(i)为最长公共序 列中的第w项（其中，w从0开始，每确定最长公共子序列 中的一项，w增一）。
动态规划简介
动态规划的基本思想
引例分析 多阶段决策问题，装每一件物品就是一个阶段，每个阶段都 有一个决策：物品装还是不装。 约束条件和目标函数
按照单位效益最大化装包，得xi的序列为(0,1,1,1,1,0) ，总效益为130 按重量最大化装包，得xi的序列为(0,1,1,0,1,1)，总效 益为134 结论：决策序列(0,1,1,0,1,1)为最优决策序列
最长公共子序列
问题描述
给定两个序列X={x1,x2,…,xm}和Y={y1,y2,…,yn}，找出序 列X和Y的最长公共子序列。
最长公共子序列
最长公共子序列
最长公共子序列
逆推动态规划算法设计——计算最优值
⑴根据边界条件计算c(i,n)和c(m,j) m=strlen(x); n=strlen(y); for(i=0;i<=m;i++) c[i][n]=0; for(j=0;j<=n;j++) c[m][j]=0;
动态规划问题的特征
动态规划算法和实例分析
动态规划简介 0-1背包问题 最长公共子序列
0-1背包问题
0-1背包问题
逆推动态规划算法设计
建立递推关系 设m(i,j)为背包容量j，可取物品范围为i,i+1,…,n的最大 效益值。则 当0<=j<w(i)时，物品i不可能装入，最大效益值与 m(i+1,j)相同； 当j>=w(i)时，有两种选择： ⑴不装入物品i，这时的最大效益值与m(i+1,j)相同； ⑵装入物品i，这时会产生效益p(i)，背包剩余容量为 j-w(i)，可以选择物品i+1,…,n来装，最大效益值为 m(i+1,j-w(i))+p(i)；
CommonSubsequence
0-1背包问题
0-1背包问题
逆推动态规划算法设计
最优值计算
⑴根据边界条件计算m(n,j) for(j=0;j<=c;j++) //计算m(n,j) if(j>=w[n]) m[n][j]=p[n]; else m[n][j]=0;
0-1背包问题
逆推动态规划算法设计
最优值计算 ⑵逆推计算m(i,j) for(i=n-1;i>=1;i--) //逆推计算m(i,j),i=n-1...1 for(j=0;j<=c;j++) if(j>=w[i]&&m[i+1][j]<m[i+1][j-w[i]]+p[i]) m[i][j]=m[i+1][j-w[i]]+p[i]; else m[i][j]=m[i+1][j];
⑶经过上述推导，最优值在m[1][c]中。
最优值推导示例
0-1背包问题
逆推动态规划算法设计
构造最优解—步骤1 if m(i,cw) > m(i+1,cw), i=1,2,…,n-1 则x(i)=1，装载w(i); 其中：cw从c开始(cw=c)，cw=cw-x(i)*w(i) else x(i)=0，不装载w(i);
0-1背包问题
逆推动态规划算法设计
构造最优解—步骤2 比较所装载的物品效益之和与最优值，决定w(n)是否装载， 方法： if (m[1][c]-效益之和) 等于 物品n的效益p[n] 装入w(n)
if(m[1][c]-sp==p[n]) //判断w(n)是否装载 { sw+=w[i]; sp+=p[i]; printf("%2d\t%3d\t%3d\n",n,w[n],p[n]); }