python动态演示动态规划解决矩阵连乘

矩阵连乘:给定n个矩阵:A1,A2,...,An,其中Ai与Ai+1是可乘的,i=1,2...,n-1。确定计算矩阵连乘积的计算次序,使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少。输入数据为矩阵个数和每个矩阵规模,输出结果为计算矩阵连乘积的计算次序和最少数乘次数。

若A是一个p*q的矩阵,B是一个q*r的矩阵,则其乘积C=AB是一个p*r的矩阵。数乘次数是p*q*r.

动态规划算法与分治法类似,其基本思想也就是将待求解的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,简单概括为自顶向下分解,自底向上求解。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相互独立的,换句话说,就是前面解决过的子问题,在后面的子问题中又碰到了前面解决过的子问题,子问题之间是有联系的。如果用分治法,有些同样的子问题会被重复计算几次,这样就很浪费时间了。所以动态规划是为了解决分治法的弊端而提出的,动态规划的基本思想就是,用一个表来记录所有已经解决过的子问题的答案,不管该子问题在以后是否会被用到,只要它被计算过,就将其结果填入表中,以后碰到同样的子问题,就可以从表中直接调用该子问题的答案,而不需要再计算一次。具体的动态规划的算法多种多样,但他们都具有相同的填表式。

顺便说一下动态规划的适用场合,一般适用于解最优化问题,例如矩阵连乘问题、最长公共子序列、背包问题等等,通常动态规划的设计有4个步骤,结合矩阵连乘分析:

(1).找出最优解的性质,并刻画其结构特征

    这是设计动态规划算法的第一步,我们可以将矩阵连乘积AiAi+1……Aj记为A[i:j]。问题就是计算A[1:n]的最优计算次序。设这个计算次序在矩阵Ak和Ak+1之间将矩阵链断开,1<=k<n,使其完全加括号方式为((A1……Ak)(AK+1……An)),这样就将原问题分解为两个子问题,,按此计算次序,计算A[1:n]的计算量就等于计算A[1:k]的计算量加上A[k+1:n]的计算量,再加上A[1:k]和A[k+1:n]相乘的计算量。计算A[1:n]的最优次序包含了计算A[1:k]和A[k+1:n]这两个子问题的最优计算次序,以此类推,将A[1:k]和A[k+1:n]递归的分解下去,求出每个子问题的最优解,子问题的最优解相乘便得到原问题的最优解。

(2).递归地定义最优值

这是动态规划的第二步,对于矩阵连乘积的最优计算次序的问题,设计算A[i:j],1<=i<=j<=n,所需要的最小数乘次数为m[i][j],则原问题的最优值为m[1][n]。

当i=j时,A[i:j]=Ai为单一的矩阵,则无需计算,所以m[i][j]=0,i=j=1,2,……,n。即对应的二维表对角线上的值全为0。

当i<j时,这就需要用步骤(1)的最优子结构性质来计算m[i][j]。若计算A[i:j]的最优次序在Ak和Ak+1之间断开,i<=k<j,则m[i][j]=m[i][k]+m[k+1][j]+pi-1*pk*pj,k的位置只有j-i种可能,即k属于集合{i,i+1,……,j-1},所以k是这j-i个位置中使计算量达到最小的那个位置。

所以m[i][j]可以递归地定义为        m[i][j]={  0                                                            i=j

min{m[i][k]+m[k+1][j]+pi-1*pk*pj }         i<j ,i<=k<j     }

将对应于m[i][j]的断开位置k记为s[i][j],在计算出最优值m[i][j]后,可递归地由s[i][j]构造出相应的最优解

(3).以自底向上的方式计算出最优值

动态规划的一大好处是,在计算的过程中,将已解决的子问题答案保存起来,每个子问题只计算一次,而后面的子问题需要用到前面已经解决的子问题,就可以从表中简单差出来,从而避免了大量的重复计算

原文地址:https://www.cnblogs.com/whitehawk/p/10887702.html

时间: 2024-10-11 00:51:24

python动态演示动态规划解决矩阵连乘的相关文章

python动态演示蛮力法解决凸包问题

最近开了算法课,但是我的算法着实不咋地,一直搞web和逆向,就没怎么编程.记录一下0.0 算法倒是不难实现,但是这个动态演示很烦,从纯粹的可视化小白,强行写完了,写完发现非常简单,只是自己不知道的函数太多了,哭了.... 蛮力法就不用解释了,通俗的说就是把所有可能试一遍. 凸包问题,就是将n个点中某几个点围成一个多边形,除了这n个点,其余的点都在这个多边形内. 核心算法其实就是一个行列式演变而来,后悔没学好线代..... 参考:https://blog.csdn.net/u011001084/a

动态规划之矩阵连乘

[问题描述] 给定n个矩阵{A1,A2,-,An},其中Ai与Ai+1是可乘的,i=1,2-,n-1.如何确定计算矩阵连乘积的计算次序,使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少.例如,给定三个连乘矩阵{A1,A2,A3}的维数分别是10*100,100*5和5*50,采用(A1A2)A3,乘法次数为10*100*5+10*5*50=7500次,而采用A1(A2A3),乘法次数为100*5*50+10*100*50=75000次乘法,显然,最好的次序是(A1A2)A3,乘法次数为7500次.

Python 动态创建函数【转】

知乎上也有相似的问题 偶然碰到一个问题,初想是通过动态创建Python函数的方式来解决,于是调研了动态创建Python函数的方法. 定义lambda函数 在Python中定义lambda函数的写法很简单, func = lambda: "foobar" 可以认为lambda函数是最常用的一种方式. 定义局部函数 Python中函数可以在代码块中进行定义,比如decorator就是通过这种方式实现的, def decorator(func): def _(*args, **kwargs)

动态规划之矩阵连乘问题

问题描述:给定n个矩阵(A1,A2,A3.....An},其中Ai与Ai+1是可乘的,i=1,2,...n-1.考察n个矩阵的连乘积A1A2A3,....An.由于矩阵乘法满足结合律,故计算矩阵的连乘积可以有许多不同的计算次序,这种计算次序可以用加括号的方式来确定.加括号的方式决定了整个计算量(指的是乘法调用的次数).所以自然会提出矩阵连乘积的最优计算次序问题. 自然,首先想到的是用枚举法,算出每一种加括号情况下的计算量,取最小的情况.工程之庞大可想而知.溯其源,会发现,"枚举“的这种想法是不可

Python 动态类型

Python 动态类型 1.Python中,类型是在运行过程中自动决定的,并不需要提前在代码中声明. 2.所有变量必须在使用前明确的赋值,否则将会产生错误.#例:NameError: name 'a' is not defined 3.赋值语句 a=3 代表了:创建一个对象代表3:创建一个变量a:将变量与新的对象3相连.实际上是到对象内存空间的一个指针! 4.上面的第3条可翻译为:变量是一个系统表的元素,拥有指向对象的链接的空间:对象是分配的一块内存,有足够空间来表示他们所代表的值:引用是自动形

Python动态加载模块

需求:实现一个简单的pyton程序,接收两个参数:plugin_name, data,根据不同的plugin_name定位到不同的逻辑处理模块并进行输出. 实现方案: 使用python的库函数:load_source,将插件模块加载到一个dict中key为模块名称,value为类的实例,核心代码: def load_plugins(): global plugin_dict # 遍历插件目录加载所有py结尾的模块 for root, dirs, files in os.walk(module_p

动态规划解决最长公共子序列问题(转)

原文链接 动态规划法 经常会遇到复杂问题不能简单地分解成几个子问题,而会分解出一系列的子问题.简单地采用把大问题分解成子问题,并综合子问题的解导出大问题的解的方法,问题求解耗时会按问题规模呈幂级数增加. 解决思想: 为了节约重复求相同子问题的时间,引入一个数组,不管它们是否对最终解有用,把所有子问题的解存于该数组中,这就是动态规划法所采用的基本方法. [问题] 求两字符序列的最长公共字符子序列 问题描述:字符序列的子序列是指从给定字符序列中随意地(不一定连续)去掉若干个字符(可能一个也不去掉)后

python动态import某个文件夹下的模块

因为有  "用户上传脚本,动态运行"的需求,所以要动态地import用户上传的模块 所以写了个函数动态地import # -*- coding: utf-8 -*- import os import sys import os.path import Queue import commands def test(rootDir): #判断传入的路径下是否有"__init__.py"这个文件了,如果没有则创建,否则import会认为没有这个moudle if os.p

python编码错误的解决办法 SyntaxError: Non-ASCII character &#39;\xe5&#39; in file

[提出问题]. 在编写Python时,当使用中文输出或注释时运行脚本,会提示错误信息: SyntaxError: Non-ASCII character '\xe5' in file ******* ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- [分析问题]. -----------------------------------