python实现动态规划算法案例

动态规划算法的思想: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。

动态规划一般可分为线性动规,区域动规,树形动规,背包动规四类。

线性动规:拦截导弹,合唱队形等;

区域动规:石子合并, 统计单词个数,炮兵布阵等;

树形动规:二分查找树,数字三角形,三角树塔等;

背包问题:01背包问题,完全背包问题,等;

经典动态规划算法举例:

1.三角树塔问题。

问题描述:

设有一个三角形的数塔。顶点为根结点。每一个结点有一个整数值。从顶点出发,能够向左走或向右走,要求从根结点开始,请找出一条路径,使路径之和最大。仅仅要输出路径的和。

图一

当然,正确路径为13——8——26——15——24  (和为86)。

问题解析:

首先,我们用数组保存三角形数塔,并设置距离矩阵d[i][j],用于保存节点(i,j)到最底层的最长距离,从而,d[1][1]即为根节点到最底层的最大路径的距离。

图2

实现方法:

方法:递推方式

思想:自底向上的逐步求解(原因在于,这是一个三角形的矩阵形式,向上收缩,便于求解)。

            首先:在最底层,d[n][j]=a[n][j](将最底层的节点到最底层的最长路径距离设置为节点值)。

            然后:逐层向上进行路径距离处理,这里须要注意距离处理公式:

d[i-1][j] = max{ (d[i][j] + a[i-1][j]), (d[i][j+1] + a[i-1][j]) }

最后:递推处理路径距离至根节点就可以,这样就建立了一个完整的路径最长距离矩阵,用来保存三角数塔节点到最底层的最长路径距离。


代码展示:

# -*- coding: utf-8 -*-

"""

Created on Thu Mar  4 18:44:47 2021

@author: iron

"""

#动态规划算法

from string import Template

import numpy as np

class triangle_dynatic():

    def main(self,data):

        #data塔的原始数据,dp存储动态数据

        dp = np.zeros(np.array(data).shape)

        #n为行数,在这里相当于塔数

        n,m = np.array(data).shape

        #初始化dp

        #下面这个循环相当于把data的最后一行付给了dp的最后一行,就是从最后一行向上递归

        for i in range(m):

            dp[n-1][i] = data[n-1][i]

        print(dp)

        #第一个循环从最底层往上,第二层循环从左向右,在这里从第四层,就是倒数第二层开始向上进行动态规划

        for i in range(n-2,-1,-1):

            for j in range(i+1):

                temp_max = max(dp[i+1][j],dp[i+1][j+1])

                dp[i][j] = temp_max+data[i][j]

        #打印最终结果

        print('最大的路径和为:\n%d'%dp[0][0])

        #首先输出塔顶元素

        print('最大路径:\n->%d'%data[0][0])

        j = 0

        #依次输出2/3/4/5层的所选路径

        for i in range(1,n):

            node_value = dp[i-1][j]-data[i-1][j]

            #如果node_value == dp[i][j]则说明下一步应该是data[i][j];

            #如果node_value == dp[i][j + 1]则说明下一步应该是data[i][j + 1]

            if node_value == dp[i][j+1]:

                j = j+1

            print('->%d'%data[i][j])


if __name__ == "__main__":

#data = [[9, 0, 0, 0, 0], [12, 15, 0, 0, 0], [10, 6, 8, 0, 0], [2, 18, 9, 5, 0], [19, 7, 10, 4, 16]]

data = [[13, 0, 0, 0, 0], [11, 8, 0, 0, 0], [12, 7, 26, 0, 0], [6, 14,15, 8, 0], [12, 7, 13, 24, 11]]

triangle_dynatic().main(data)


 运行结果:

图3

你可能感兴趣的:(python实现动态规划算法案例)