有关暴力递归和动态规划的初次尝试
前言:
之前只是听说过暴力递归和动态规划这些个名词。写这篇文章的目的只是想总结总结自己的认识。
暴力递归
其实也不用叫什么暴力递归,感觉加上暴力这个词就有一种不正经的感觉…
就是一个简单的递归尝试方法。 出现了一个问题,不知道是怎么解决的,但我们知道可以怎么一步一步进行尝试,在这一步步的尝试过程就可以把问题解决了。
相信大家第一次接触递归的方法都是从 斐波那契的那些兔子开始的~
最具典型性的例子应该就是 四色定理。 一个人为的证明很难,但被电子计算机(注意是电子哦~不是机械)一次次的尝试,花了1200个小时证明出来的定理。
动态规划
其本质就是一种 空间换时间 的操作。
是从递归的写法改过来的。有些递归发放是会大量重复计算相同的值,也就是执行相同的步骤。把这些 东西抽象出来,就有了动态规划这种方法。
也就是说,动态规划是由递归方法改过来的,但不是所有可以写成递归方法的问题都可以改成动态规划。
以下看看2到题目来加深印象…
- 第一题: 矩阵的最小路径和
题目:
思路:
因为只能往右走或者往下走。从左上角到右下角。
首先看第一个位置,要决定往下走还是往右走,取决于是下面那条路到目的地的和最小 还是 右面那条路到目的地的和最小。这里可以分别算出往下走的路的和 与 往右走的路的和,在进行选择。
好了,假设选好了前面的那一条路(选了往下走也好还是往右走也罢,先不管这些,反正是选好了),接下来因为还没到达目的地,剩下的选择还是往下走还是往右走,只是区别是这次的路不一样了,规模更小了,较之前问题这次的矩阵规模更小了。
这样一次次的尝试之后,知道到达目的地为止。
所以这是一种采用递归方法解决问题的途径。但是要注意此时的边界问题: 到了最后一列,只能选择往下走;到了最后一行,只能选择往右走。
- 这种思路的代码实现:
// matrix : 代表这整个矩阵 ; i : 此时走到了 第i行; j : 此时走到了 第j列
public static int minPath(int[][] matrix, int i, int j) {
// 3个if处理边界情况
// 到达了最右下角,返回此时的值
if(i == matrix.length-1 && j == matrix[0].length-1) {
return matrix[i][j];
}
// 到达了最后一行,此时只能往右走 放回此时位置的值 加上 往右走的最小路径和
if(i == matrix.length-1) {
return matrix[i][j] + matrix[i][j+1];
}
// 到达了最后一列,此时只能往下走。 放回此时位置的值 加上 往下走的最小路径和
if(j == matrix[0].length-1) {
return matrix[i][j] + matrix[i+1][j];
}
// 普通情况, 最小和 是 此时位置的值, 加上 往右走 或者 往下走 的最小路径和
return matrix[i][j] + Math.min(minPath(matrix, i+1, j), minPath(matrix, i, j+1));
}
优化:
因为之前的方法有时候已经算过了某个路径的最小值,可是后面用到了还是要在重新算一遍。 存在着这样的大量的重复计算工作。
所以就想一种方法把之前算过的值保存起来,以后再用到的时候,直接拿起来用就可以了。 自然而然的,就生成与原矩阵一样大的一块二维表(因为是动态规划方法,所以取名dp表…),表上的位置存储 相应的位置 到达最右下角的最小路径和。对于此题,我们想要的就是这块二维表的最左上角的位置的信息。
好了,这种优化的方式就是我所理解的动态规划方法,一种空间换时间的操作。
- 这种优化的代码实现 :
public static int minPathDp(int[][] matrix) {
// 生成一张与原矩阵同样大的二维dp表
int row = matrix.length;
int col = matrix[0].length;
int[][] dp = new int[row][col];
// 填上 右下角的信息
dp[row-1][col-1] = matrix[row-1][col-1];
// 填上 最后一列 的信息
for(int r = row-2; r >= 0; r--) {
dp[r][col-1] = matrix[r][col-1] + dp[r+1][col-1];
}
// 填上 最后一行 的信息
for(int c = col-2; c >= 0; c--) {
dp[row-1][c] = matrix[row-1][c] + dp[row-1][c+1];
}
// 填上 剩下的空表格
for(int r = row-2; r >= 0; r--) {
for(int c = col-2; c >= 0; c--) {
dp[r][c] = matrix[r][c] + Math.min(dp[r][c+1], dp[r+1][c]);
}
}
return dp[0][0];
}
尽管如此,动态规划的方法还有 可以 压缩空间的优化。具体的实现目前还不是很清楚…
- 第二题 :
题目 :
给你一个数组arr,和一个整数aim。如果可以任意选择arr中的数字,能不能累加得到aim,返回true或者false。
思路 :
从arr中的数字一个一个的看,每一位数字都可以要,也可以不要,记录此时选择的数字情况所累加得到的和。直到每种情况都看完了,也就是到了数字的最后一位数字了,看看此时的累加和 是否等于 aim,返回相应的true或false。
- 这种思路的代码实现:
// arr : 这个数组 ; sum : 来到i位置时,所累加得到的和; i : 此时来到数组的 第i个 位置; aim : 目标数字
public static boolean isSum(int[] arr, int sum, int i, int aim) {
// 当整个数组的数字全都看完了的时候
if(i == arr.length-1) {
return sum == aim;
}
// 选择不要 第i个位置 的数字; 就来到了第i+1个位置, 累加和还是之前的和
boolean b1 = isSum(arr, sum, i+1, aim);
// 选择要 第i个位置 的数字; 就来到了第i+1个位置, 累加和 是 之前的累加和 再加上 选择要第i个位置上的数字 之后形成的和
boolean b2 = isSum(arr, sum+arr[i], i+1, aim);
// 不管是 选择哪一种情况, 只要一个是true, 就放回true
return b1 || b2;
}
动态规划的方法
可以说算是动态规划的方法吧…
就是根据递归的写法直接改成动态规划的方法:
在递归写法中,找出可变参数, 再找出依赖项,再找出这个dp表中我们想要的是哪一块。 找出不需要依赖其他项的,先填,也就是先填递归到底的情况和边界情况。
对于这题来说,可变参数是 i 和 sum。 所以生成i行, sum列dp表。i代表:这个数组一共有几个数字,这个表就有几行(一共有0到N行(N是有N个数字))。 sum代表,这个数组的所有数字全部加起来所形成的和。aim比sum小 才可能放回true,也才对我们有意义。
一开始不需要依赖的是最后一行,也就是将所有数字累加起来,只有累加和形成了aim的那块才是true,其余都是false。 之后填剩下的空。对于此题,依赖的是(sum,i+1)和(sum+arr[i],i+1)。
- 上代码
public static boolean isSumDp(int[] arr, int aim) {
int i = arr.length+1;
int sum = 0;
for(int j = 0; j < arr.length; j++) {
sum += arr[j];
}
if(aim > sum) {
return false;
}
boolean[][] dp = new boolean[i][sum+1]; // 开列边界的时候,在aim左边有可能在加上当前数会超过sum从而越界。
// 比如数组2, 3, 5; aim为7时。sum为10,但aim左边有个6+arr[2](就是5这个数字) = 11越界
// 底下全部一行 赋值为 false, 后面会改第aim列的为true
for(int c = 0; c <= sum; c++) {
dp[i-1][c] = false;
}
for(int r = i-1; r >= 0; r--) {
dp[r][aim] = true;
}
// 第aim列之后的全为false
for(int r = 0; r <= i-1; r++) {
for(int c = aim+1; c <= sum; c++) {
dp[r][c] = false;
}
}
// 填dp表 中剩下的依赖项
for(int r = i-2; r >= 0; r--) {
for(int c = 0; c < aim; c++) {
if( c + arr[r] > sum) {
// 如果超出越界的话,肯定是false了(在aim之后的列自然都是false)。 所以只有看前面一个条件就好了
dp[r][c] = dp[r+1][c] ;
} else {
dp[r][c] = dp[r+1][c] || dp[r+1][ c+arr[r] ];
}
}
}
return dp[0][0];
}