贪婪算法

贪婪算法可以寻找局部最优解,并尝试与这种方式获得全局最优解

贪婪算法(贪心算法)是指在对问题进行求解时,在每一步选择中都采取最好或者最优(即最有利)的选择,从而希望能够导致结果是最好或者最优的算法。

贪婪算法所得到的结果往往不是最优的结果(有时候会是最优解),但是都是相对近似(接近)最优解的结果。

  • 贪婪算法并没有固定的算法解决框架,算法的关键是贪婪策略的选择,根据不同的问题选择不同的策略。

  • 必须注意的是策略的选择必须具备无后效性,即某个状态的选择不会影响到之前的状态,只与当前状态有关,所以对采用的贪婪的策略一定要仔细分析其是否满足无后效性。

基本思路

其基本的解题思路为:

1.建立数学模型来描述问题

2.把求解的问题分成若干个子问题

3.对每一子问题求解,得到子问题的局部最优解

4.把子问题对应的局部最优解合成原来整个问题的一个近似最优解

案例

这边的案例来自"算法图解"一书

案例一

区间调度问题:

假设有如下课程,希望尽可能多的将课程安排在一间教室里:

课程 开始时间 结束时间
美术 9AM 10AM
英语 9:30AM 10:30AM
数学 10AM 11AM
计算机 10:30AM 11:30AM
音乐 11AM 12PM

这个问题看似要思考很多,实际上算法很简单:

1.选择结束最早的课,便是要在这教室上课的第一节课
2.接下来,选择第一堂课结束后才开始的课,并且结束最早的课,这将是第二节在教室上的课。

贪婪算法_第1张图片

image

重复这样做就能找出答案,这边的选择策略便是结束最早且和上一节课不冲突的课进行排序,因为每次都选择结束最早的,所以留给后面的时间也就越多,自然就能排下越多的课了。

每一节课的选择都是策略内的局部最优解(留给后面的时间最多),所以最终的结果也是近似最优解(这个案例上就是最优解)。
(该案例的代码实现,就是一个简单的时间遍历比较过程)

案例二

背包问题:有一个背包,容量为35磅 , 现有如下物品

物品 重量 价格
吉他 15 1500
音响 30 3000
笔记本电脑 20 2000
显示器 29 2999
1 200

要求达到的目标为装入的背包的总价值最大,并且重量不超出。

方便计算所以只有3个物品,实际情况可能是成千上万。

同上使用贪婪算法,因为要总价值最大,所以每次每次都装入最贵的,然后在装入下一个最贵的,选择结果如下:

选择: 音响 + 笔,总价值 3000 + 200 = 3200

并不是最优解: 吉他 + 笔记本电脑, 总价值 1500 + 2000 = 3500

当然选择策略有时候并不是很固定,可能是如下:

(1)每次挑选价值最大的,并且最终重量不超出:

选择: 音响 + 笔,总价值 3000 + 200 = 3200

(2)每次挑选重量最大的,并且最终重量不超出(可能如果要求装入最大的重量才会优先考虑):

选择: 音响 + 笔,总价值 3000 + 200 = 3200

(3)每次挑选单位价值最大的(价格/重量),并且最终重量不超出:

选择: 笔+ 显示器,总价值 200 + 2999 = 3199

如上最终的结果并不是最优解,在这个案例中贪婪算法并无法得出最优解,只能得到近似最优解,也算是该算法的局限性之一。该类问题中需要得到最优解的话可以采取动态规划算法(后续更新,也可以关注我的公众号第一时间获取更新信息)。

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