
动态规划(Dynamic Programming,简称DP)是一种通过将复杂问题分解为相互重叠的子问题,并存储子问题解以避免重复计算的优化方法。其核心思想包含以下两方面:
从应用领域看,动态规划广泛应用于算法设计(如最短路径问题)、运筹学(如资源分配)及人工智能(如强化学习策略优化)。典型案例如下:
权威文献中,《算法导论》(Cormen等著)将动态规划定义为“多阶段决策过程的数学优化方法”,强调其对递归结构的系统性优化。
动态规划(Dynamic Programming,简称DP)是一种用于解决复杂优化问题的算法设计方法,其核心思想是通过将问题分解为相互重叠的子问题,并利用子问题的解来高效构建整体最优解。以下是详细解释:
重叠子问题
问题可分解为多个重复出现的子问题。通过存储子问题的解(称为“记忆化”),避免重复计算,提升效率。例如斐波那契数列中,计算第5项需要第3、4项,而第4项又需要第3、2项,存在大量重复计算。
最优子结构
问题的最优解包含其子问题的最优解。例如最短路径问题中,若A→C的最短路径经过B,则A→B和B→C的路径也必须是各自段的最短路径。
定义状态
用变量表示问题的子状态。例如背包问题中,状态可以是dp[i][w]
,表示前i
个物品在容量w
下的最大价值。
状态转移方程
描述状态间的递推关系。例如斐波那契数列的方程为:
$$
dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
$$
初始化与边界条件
设置初始值(如dp=0
)和终止条件(如数组越界处理)。
计算顺序
通常采用自底向上的迭代(填表法)或自顶向下的递归+记忆化(如Python的lru_cache
)。
分治法(如归并排序)将问题分解为互不重叠的子问题,分别求解后合并结果;而动态规划的子问题高度重叠,需通过存储中间结果优化效率。
def fib(n):
dp =* (n+1)
dp = 1
for i in range(2, n+1):
dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
return dp[n]
此方法将时间复杂度从递归的指数级O(2ⁿ)降低到线性级O(n),空间复杂度O(n)。若进一步优化,仅保留前两个状态,空间可降至O(1)。
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