js实现--动态规划算法

03月25日 收藏 0 评论 2 前端开发

js实现--动态规划算法

文章声明:转载来源:https://blog.csdn.net/m0_37686205/article/details/90182779

动态规划的思想
它的思想就是把一个大的问题进行拆分,细分成一个个小的子问题,且能够从这些小的子问题的解当中推导出原问题的解。同时还需要满足以下两个重要性质才能进行动态规划

· 最优子结构性: 既所拆分的子问题的解是最优解。
· 子问题重叠性质: 既在求解的过程当中,每次产生的子问题并不总是新问题,有些子问题会被重复计算多次。动态规划算法正是利用了这种子问题的重叠性质,对每一个子问题只计算一次,然后将其计算结果保存在一个表格中,当再次需要计算已经计算过的子问题时,只是在表格中简单地查看一下结果,从而获得较高的解题效率

动态规划实例1:斐波拉契数列
计算斐波那契数列:
斐波那契数列指的是这样一个数列 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233,377,610,987,1597,2584,4181,6765,10946,17711,28657,46368…
这个数列从第3项开始,每一项都等于前两项之和。
代码如下:

//动态规划实现斐波拉契数列
function feiBoLaQie(n) {
//创建一个数组,用于存放斐波拉契数组的数值
let val = [];
//将数组初始化,将数组的每一项都置为0
for(let i =0 ;i<=n;i++){
val[i] = 0;
}
if (n==1 || n==2){
return 1;
} else{
val[1] = 1;
val[2] = 2;
for (let j =3; j<=n;j++){
val[j] = val[j-1] + val[j-2];
}
}
return val[n-1];
}

console.log(feiBoLaQie(40));//102334155

动态规划实例2:爬梯子问题
假设你正在爬楼梯。需要 n 阶你才能到达楼顶。
每次你可以爬 1 或 2 个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢?

注意:给定 n 是一个正整数。

示例 1:
输入: 2 输出: 2
解释: 有两种方法可以爬到楼顶。
a、1 阶 + 1 阶 b、2 阶

示例 2:
输入: 3 输出: 3
解释: 有三种方法可以爬到楼顶。
a、1 阶 + 1 阶 + 1 阶 b、1 阶 + 2 阶 c、2 阶 + 1 阶
走1阶台阶只有一种走法,但是走2阶台阶有两种走法(如示例1),如果n是双数,我们可以凑成m个2级台阶,每个m都有两种走法,如果n是单数,那么我们可以凑成m个2级台阶加上一个1级台阶,这样就似乎于一个排列组合题目了,但是开销貌似比较大。
代码如下:

//爬楼梯问题
function climbStairs(n) {
if (n === 1 || n === 2) {
return n;
}

var ways = [];
ways[0] = 1;
ways[1] = 2;

for(var i=2; i ways[i]=ways[i-1] + ways[i-2];
}

return ways[n-1];
}
console.log(climbStairs(3));//3

动态规划实例3:所有路径问题
一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )。
机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。
问总共有多少条不同的路径?

例如,上图是一个7 x 3 的网格。有多少可能的路径?
说明:m 和 n 的值均不超过 100。

示例 1:
输入: m = 3, n = 2 输出: 3
解释:
从左上角开始,总共有 3 条路径可以到达右下角。
a、向右 -> 向右 -> 向下 b、向右 -> 向下 -> 向右 c、向下 -> 向右 -> 向右

示例 2:
输入: m = 7, n = 3 输出: 28
相信沿用问题一的套路很多人已经知道该怎么办了,从一个二维数组的左上(0,0)走到右下(m,n)有多少种走法,且只能往右和往下走,那么如果要走到(m,n),那么我们的上一步只能是(m-1,n)或者(m,n-1),所以走到(m,n)的所有走法就是走到(m-1,n)的所有走法+走到(m,n-1)的所有走法,即可以得到状态转换方程:

ways[m][n] = ways[m-1][n] + ways[m][n-1]

但是,这个问题还有一些其他的问题限制需要我们考虑到,即走到两侧的时候,只会有一个方向的走法,(上方只会有ways[m-1][n]一个方式,左侧只会有ways[m][n-1]一个方式)
即下图:

我们需要对这两种方式进行限制,在这里我在外围再扩展了一圈,将整个方格扩展为**(m+1)*(n+1)**的方格,来避开限制.
当然也可以直接限制(后续会讲到),但是将其所有的值都设置为0,即相当于设置了限制。

实现代码为:

//动态规划实现所有路径问题
function countPaths(m, n) {
var ways = new Array(m+1);
for (var i=0; i<=m; i++) {
ways[i] = new Array(n+1);
}

//上方扩展一行,使其值为0
for(var i=0; i<=n; i++){
ways[0][i] = 0;
}

//边上扩展一列,使其值为0
for(var j=0; j<=m; j++){
ways[j][0] = 0;
}

//设置初始值,起点走法为1,只能一步一步走
ways[1][1]=1;

for (var a=1; a<=m; a++) {
for (var b=1; b<=n; b++) {
if (a===1 && b===1) {
continue;
}
//套用状态转换方程
ways[a][b] = ways[a][b-1] + ways[a-1][b];
}
}

return ways[m][n];
}

console.log(countPaths(3,2));//3
console.log(countPaths(7,3));//28

动态规划实例4:最小路径和
给定一个包含非负整数的 m x n 网格,请找出一条从左上角到右下角的路径,使得路径上的数字总和为最小。
说明:每次只能向下或者向右移动一步。
示例: 输入:[ [1,3,1], [1,5,1], [4,2,1] ]
输出: 7

解释: 因为路径 1→3→1→1→1 的总和最小。
这个问题与问题二及其相似,但是其涉及到一个最优解的问题,现在每一个点都有一个类似权重的值,我们要使这个值最小,其实用问题二的想法,我们很快就能得到答案:
走到(m,n)只能从(m-1,n)和(m,n-1)两个地方走过来,那么要保证(m,n)的权重最小,那么我们只需要选择走到(m-1,n)和(m,n-1)权重较小的那一边即可,
那么我们就可以得到新的状态转移方程:

sum[m][n] = MIN(sum[m-1][n], sum[m][n-1]) + table[m][n]

走到当前点的权重=走到前一步权重的较小值+当前点的权重,并且该问题也有针对边上元素的特殊处理。
代码为:

//动态规划实现最小路径和
function minPathSum(grid) {
if (grid && grid.length) {
//权重存储数组
var sum = new Array(grid.length);
for (var i=0; i sum[i] = new Array(grid[0].length);
}

//起点初始权重确定值
sum[0][0]=grid[0][0];

for (var i=0; i for (var j=0; j if (i===0 && j===0) {
continue;
}
//边上的权重处理
if (i-1<0) {
sum[i][j] = sum[i][j-1] + grid[i][j];
} else if(j-1<0) {
sum[i][j] = sum[i-1][j] + grid[i][j];
} else {
sum[i][j] = Math.min(sum[i-1][j], sum[i][j-1]) + grid[i][j];
}
}
}

return sum[grid.length-1][grid[0].length-1];
} else {
throw new Error('Fuck!');
return ;
}
}

var grid = [
[1,3,1],
[1,5,1],
[4,2,1]
]
console.log(minPathSum(grid));//7
C 2条回复 评论
孤松玉山

这是我一直没记住的一个重点

发表于 2023-11-10 22:00:00
0 0
琼华

看过之后很多感触,唯有谢谢最简单也最真诚

发表于 2022-07-11 22:00:00
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