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而是为了不让世界改变我们。

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动态规划——DP算法（Dynamic Programing）

一、🏔斐波那契数列（递归VS动态规划）

1、🐒斐波那契数列——递归实现（python语言）——自顶向下

2、🐒斐波那契数列——动态规划实现（python语言）——自底向上

二、🏔动态规划算法——思想简介

1、🐒DP算法思想

2、🐒DP算法——解决问题的基本特征

3、🐒DP算法——解决问题的基本步骤

4、🐒求解例子——求阶乘 n!

三、🏔动态规划——常见例题

1、🐒求解最长不降子序列

2、🐒求解最长的公共子序列

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动态规划——DP算法（Dynamic Programing）

一、🏔斐波那契数列（递归VS动态规划）

1、🐒斐波那契数列——递归实现（python语言）——自顶向下

递归调用是非常耗费内存的，程序虽然简洁可是算法复杂度为O(2^n)，当n很大时，程序运行很慢，甚至内存爆满。

def fib(n):#终止条件，也就是递归出口if n == 0 or n == 1:return 1else:#递归条件return (fib(n-1) + fib(n - 2))

2、🐒斐波那契数列——动态规划实现（python语言）——自底向上

动态规划——将需要重复计算的问题保存起来，不需要下次重新计算。对于斐波那契数列，算法复杂度为O（n）。

def dp_fib(n):#初始化一个数组，用于存储记录计算的结果。res = [None] * (n + 1)#前两项设置为1。res[0] = res[1] = 1#自底向上，将计算结果存入数组内。for i in range(2, (n + 1)):res[i] = res[i-1] + res[i-2]return res[n]

3、🐒方法概要

　　（1）构造一个公式，它表示一个问题的解是与它的子问题的解相关的公式：

　　（2）为这些子问题做索引，以便于它们能够在表中更好的存储与检索（用数组存储）。

　　（3）以自底向上的方法来填写这个表格；首先填写最小的子问题的解。

　　（4）这就保证了当我们解决一个特殊的子问题时，可以利用比它更小的所有可利用的子问题的解。

总之，因为在上世纪40年代（计算机普及很少时），这些规划设计是与“列表”方法相关的，因此被称为动态规划——Dynamic Programing。

二、🏔动态规划算法——思想简介

1、🐒DP算法思想

　　（1）将待求解的问题分解称若干个子问题，并存储子问题的解而避免计算重复的子问题，并由子问题的解得到原问题的解。

　　（2）动态规划算法通常用于求解具有某种最有性质的问题。

　　（3）动态规划算法的基本要素：最优子结构性质和重叠子问题。

　　　　　　最优子结构性质：问题的最优解包含着它的子问题的最优解。即不管前面的策略如何，此后的决策必须是基于当前状态（由上一次的决策产生）的最优决策。

　　　　　　重叠子问题：在用递归算法自顶向下解问题时，每次产生的子问题并不总是新问题，有些问题被反复计算多次。对每个子问题只解一次，然后将其解保存起来，

　　　　　　　　　　　　以后再遇到同样的问题时就可以直接引用，不必重新求解。

2、🐒DP算法——解决问题的基本特征

　　（1）动态规划一般求解最值（最优、最大、最小、最长）问题；

　　（2）动态规划解决的问题一般是离散的，可以分解的（划分阶段的）。

　　（3）动态规划结局的问题必须包含最优子结构，即可以有（n-1）的最优推导出n的最优。

3、🐒DP算法——解决问题的基本步骤

　　动态规划算法的四个步骤：

　　　　（1）刻画最优解的结构特性。（一维、二维、三维数组）；

　　　　（2）递归的定义最优解。（状态转移方程）

　　　　（3）以自底向上的方法来计算最优解。

　　　　（4）从计算得到的解来构造一个最优解。

4、🐒求解例子——求阶乘 n!

#递归实现求阶乘def multiply(n):if n == 0 or n == 1:return 1return n * multiply(n -1)#动态规划实现求阶乘def dp_multiply(n):temp = [None] * (n + 1)temp[0] = 1temp[1] = 1for i in range(2, n + 1):temp[i] = i * temp[i - 1]return temp[n]

三、🏔动态规划——常见例题

1、🐒求解最长不降子序列

　　（1）方法一：普通方法，算法复杂度为O（n^2）。

　　　　　　假设原始的数列为数组 a

　　　　　　分析：

　　　　　　　　刻画结构特性：用F[ i ] 表示前 i 项最长不下降子序列的长度；

　　　　　　　　状态转移方程：如果a [ i ] >=a [ j ], F[i] = max(F[i], F[j] + 1) 其中，0 <= j < i

　　　　　　　　数据存储：自底向上求解最小子结构最优解存入数组

其中，pre[ i ]表示以元素a [ i ] 为结尾的最长不降序列的前一个元素索引（也就是以a[i]结尾的最长不降序列的倒数第二个元素）。存储这个值是为了方便输出最长的不降序列。

def Longest_Increaseing(a):F = [1] * len(a)pre = [0] * len(a)for i in range(1, len(a)):for j in range(i):if a[i] >= a[j]:F[i] = max(F[i], F[j] + 1)pre[i] = jreturn F, prea = [5,2,8,6,3,6,9,7]F, pre = Longest_Increaseing(a)#这里只是能获得两个数组，其中F[i]的最大值就是最长不降序列的长度。

接下来，输出最长的不降序列的元素值，请看下面的代码：

2、🐒求解最长的公共子序列

求解最长公共子序列代码如下（python语言）：

  import numpy as npdef LCS(str1, str2):#获取两个序列的长度m = len(str1)n = len(str2)#生成一个存储计算子问题的二位矩阵，并将元素初始化为0。#这个矩阵的尺寸比两个序列的尺寸分别大1个单位。#对于这个矩阵，第一行和第一列元素值必然为0。#C[i][j]的含义是：Xi = （x1, x2, x3,..., xi）和Yj = （y1, y2, x3,..., yj）的最长公共子序列C = np.zeros((m+1, n+1), dtype=int)b = np.zeros((m+1, n+1), dtype=int) for i in range(1, m+1):for j in range(1, n+1):#请注意这里为什么是i-1和j-1，因为其实C[1][1]表示的是# 两个序列的首个元素的最长公共子序列，对应的是str1[0]和str2[0]if str1[i-1] == str2[j-1]:C[i][j] = C[i-1][j-1] + 1b[i][j] = 1      #表示对角线方向else:if C[i][j-1] <= C[i-1][j]:b[i][j] = 2     #表示朝上方向else:b[i][j] = 3     #表示朝左方向C[i][j] = max(C[i][j-1], C[i-1][j])return C, btest1 = ['b', 'd','c', 'a', 'b', 'a']test2 = ["a","b","c","b","d","a","b"]a, b = LCS(test2, test1)print(a)
#矩阵a存储的是公共子序列的长度，最大值就是最大公共子序列的长度
[[0 0 0 0 0 0 0]
[0 0 0 0 1 1 1]
[0 1 1 1 1 2 2]
[0 1 1 2 2 2 2]
[0 1 1 2 2 3 3]
[0 1 2 2 2 3 3]
[0 1 2 2 3 3 4]
[0 1 2 2 3 4 4]]print(b)
#这里： 1表示对角线方向、2表示朝上、3表示朝左，主要是为了求具体的子序列用的。
[[0 0 0 0 0 0 0]
[0 2 2 2 1 3 1]
[0 1 3 3 2 1 3]
[0 2 2 1 3 2 2]
[0 1 2 2 2 1 3]
[0 2 1 2 2 2 2]
[0 2 2 2 1 2 1]
[0 1 2 2 2 1 2]]

接下来是输出最长公共子序列：

 import numpy as npdef LCS(str1, str2):#获取两个序列的长度m = len(str1)n = len(str2)#生成一个存储计算子问题的二位矩阵，并将元素初始化为0。#这个矩阵的尺寸比两个序列的尺寸分别大1个单位。#对于这个矩阵，第一行和第一列元素值必然为0。#C[i][j]的含义是：Xi = （x1, x2, x3,..., xi）和Yj = （y1, y2, x3,..., yj）的最长公共子序列C = np.zeros((m+1, n+1), dtype=int)b = np.zeros((m+1, n+1), dtype=int)for i in range(1, m+1):for j in range(1, n+1):#请注意这里为什么是i-1和j-1，因为其实C[1][1]表示的是# 两个序列的首个元素的最长公共子序列，对应的是str1[0]和str2[0]if str1[i-1] == str2[j-1]:C[i][j] = C[i-1][j-1] + 1b[i][j] = 1      #表示对角线方向else:if C[i][j-1] <= C[i-1][j]:b[i][j] = 2     #表示朝上方向else:b[i][j] = 3     #表示朝左方向C[i][j] = max(C[i][j-1], C[i-1][j])return C, bdef Print_Lcs(b, X, i , j):if i == 0 or j == 0:returnif b[i][j] == 1:Print_Lcs(b, X, i-1, j-1)print(X[i-1])  #为什么是i-1，因为b矩阵的行比X的行长一个单位，而且只输出相等的值，表示公共元素。elif b[i][j] == 2:Print_Lcs(b, X, i-1, j)else:Print_Lcs(b, X, i, j-1)if __name__ == '__main__':test1 = ['b', 'd','c', 'a', 'b', 'a']test2 = ["a","b","c","b","d","a","b"]a, b = LCS(test2, test1)Print_Lcs(b, test2, 7, 6)#输出的结果是:  b、c、b、a  。(请注意这里结果不唯一，因为最长子序列长度为4， 存在三个序列长度为4的子序列)

好了，这篇博客到这就结束了，感谢大家的阅读！

2023年第二十九期，希望得到大家的喜欢🙇‍

也是新的系列，将会持续更新，🙇‍

希望大家有好的意见或者建议，欢迎私信

以上就是本篇文章的全部内容了

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