问题:江上有6个游艇站,游客可以从任意一个站租赁游艇,并在其下游任意一个站归还游艇,不同站之间的费用不同。
游艇出租站i到j之间的租金为r(i,j)。上下游情况以及各站点之间的费用如下:
图片来源于陈小玉老师的《趣学算法》
分析:
1.上述指出上游可以到下游中任意一个站规划游艇,那么,智能是序号低的站到序号高的站,所以,在租金矩阵中只会存在右三角的部分。
2.上述问题无外乎考虑的是直达还是经过中转然后到达目的站点。
3.所以,在出发站点与目的站点之间可以考虑经过0次,1次,2次......中转,最后到达目的站点。
4.要是经过1次或者一次以上中转,那么我们需要记录初始站点i到目的站点j的中转站点k到底是谁,所以我们需要额外数组进行记录,我们选用s[i][j]的值表示两点之间的中转节点。
5.而且我们还需要不断更新初始站点i到目的站点j的最短花费情况,所以要用新的数组进行记录,我们选用m[i][j]的值表示两点之间的最短花费。
注:我们需要进行以下推论,若存在1,2,3站点,1->3有两种情况,要么1->3,要么1->2->3,要是经过2站点中转,则1->3的花费最小,那么我们就知道了1->3的最佳策略是在2站点进行中转。
那么,继续,存在1,2,3,4站点,1->4的情况就更多了些,可以是1->4,也可以是1->2->4,或者是1->3->4,又或者是1->2->3->4这4中情况,有上述中的假设,1->3的最佳策略是在2站点进行中转,那么用于1->4策略中,1->2->3->4的情况一定优于1->3->4的情况。
6.所以,这就引出了动态规划的核心要点,即原问题的最优解一定包含了子问题的最优解,即1->4(1->3->4)的最优解情况一定包含了1->3的最优解情况,那么,我们在开始要记录了子问题的最优解情况,后续则可以直接使用,
7.在6的基础上,我们开始建立最优值的递归式:
已知我们的数据结构:m[i][j]的值表示两点之间的最短花费,s[i][j]的值表示两点之间的中转节点。
那么,若i==j,则m[i][j]==0;
若j==i+1,则m[i][j]==r[i][j],即m[i][j]表示两点间的直达代价,那么s[i][j]==0,因为s[i][j]表示两者间的中转点,而两点为直达,所以没有中转点;
若j>i+1,即两点间存在一个或者一个以上的中转点时,m[i][j]==min{m[i][k]+m[k][j],r[i][j]}
注:本人曾经在此处有过疑惑。但其实想一想就可以理解了,假设i到j有最优情况,那么假设其中一个中转节点是k,那么,我们可以知道最直接的路径i->k->j是一条最优路径,可能i->k之间,k->j之间都还存在这中转情况。
但是我们知道i->k的代价,k->j的代价都是最小的(子问题最优用于母问题最优)
而事实上,i->k的最优情况在分析i->j之前我们已经得到,我们直接用就可以,没必要再重新分析。就是比如先以三个点为例,结果1->3的代价中,路径1->2->3的代价是低于路径1->3代价的,那么,我们就会在选择中记录要是有结果1->3的情况,我们就默认选择路径1->2->3。
同理在1->4的结果中,我们会尝试路径1->4,1->2->4,1->2->3->4而不会去尝试1->3->4。而在计算经过节点3进行中转的情况时,我们只需要关注的是3->4之间的代价,而结果1->3的代价已经由路径1->2->3求得。
所以,最后,若假设结果1->4的最佳路径是1->2->3->4,我们只需要知道4的前一节点是3,而不关心3的前一节点是谁,而到了3节点,我们才能发现其前一节点还需要经过2。
接下来进行代码分析:
初始化,我们让m[i][j]=r[i][j],s[i][j]=0,即将直达情况进行了第一遍记录,后续的比较就是逐次增加中转站点的个数,不断进行比较是经过中转后的代价最优还是直达最优,从而对代价表与中转表进行更新。
接下来,分析超过2个节点的情况,我们加入某个点作为两点间的中转点,看加入后代价是否优于之前,若代价优于直达,更新代价表,并将中转节点编号赋值给r[i][j]。
接下来上代码:
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 const int N = 1024; 4 int r[N][N],m[N][N],s[N][N]; 5 int n; 6 7 void initArray() //初始化数组 8 { 9 for(int i = 1; i <= n; i++){ 10 for(int j = i+1; j <= n; j++){ 11 m[i][j] = r[i][j]; 12 r[i][j] = 0; 13 } 14 } 15 } 16 17 void calShortValue() //计算数组中的最优代价情况 18 { 19 for(int i = 1; i <= n; i++){ 20 for(int j = i+2; j <= n; j++){ 21 for(int k = i+1; k < j; k++){ 22 if(m[i][k] + m[k][j] < m[i][j]){ 23 m[i][j] = m[i][k] + m[k][j]; 24 s[i][j] = k; 25 } 26 } 27 } 28 } 29 } 30 31 void printShortValue() //打印数组中最优代价情况 32 { 33 for(int i = 1; i <= n; i++){ 34 for(int j = 1; j <= n; j++){ 35 if(j <= i){ 36 cout << " "; 37 } 38 else{ 39 cout << m[i][j]; 40 } 41 cout << " "; 42 } 43 cout << "\n"; 44 } 45 } 46 47 int main() 48 { 49 cout << "请输入站点个数:" << endl; 50 cin >> n; 51 cout << "请以此输入各站点间的代价:" << endl; 52 for(int i = 1; i <= n; i++){ 53 for(int j = i+1; j <= n; j++){ 54 cin >> r[i][j]; 55 } 56 } 57 initArray(); 58 calShortValue(); 59 printShortValue(); 60 }
原文地址:https://www.cnblogs.com/chenleideblog/p/10470326.html