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2022 iThome 鐵人賽

DAY 30
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終於到了最後一天了,讓我們來複習一下到底學的了什麼東西吧.

動態規劃

一個動態規劃問題,可以分成三個重點
1.重疊子問題

2.找到狀態轉移方程

3.優化成最佳子結構

要解動態規劃問題,不用一開始就想要直接寫出來.先試著寫寫看暴力解法,就算效能很差也沒關係.

要寫出暴力解法,就要暸解上一個狀態怎麼變成現在的狀態的.仔細觀察題意的需求,來列出狀態轉移方程式,這段是整個題目最困難的.

例如昨天的最長迴文字串,可以藉由前一個狀態,再分別拼接上頭尾,獲得新的狀態.

有了暴力解法後,可以藉由觀察哪些部分重複出現,便是重疊子問題,可以藉由一些技巧來減少重疊子問題,進而優化效能

在撰寫這個部分時,要注意最佳子結構的問題,所謂的最佳子結構就是子問題之間不會互相干擾,如果你發現你的解法順序會造成子問題答案不固定,那就有可能子問題沒有最佳子結構

例如我們提過的memo,將我們算過答案的子問題記錄下來,到需要計算子問題前,先去memo裡面看一看有沒有算過,如果有了就可以省下這份功.

另外一個常用的方法就是 DP Table,暴力解法通常都是從結果一路遞迴回到起始狀態,然後得出結果,而使用DP Table,由起始狀態一路往外延伸,最終填滿Table.然後從DP Table中找到答案的那個元素,回傳回去.

除了這些優化時間複雜度的技巧以外,還有稱之為狀態壓縮的優化空間複雜度的技巧.

例如費波那契數列,他的新數值,只跟前面兩個數值有關係.

F0=0,F1=1,Fn=Fn-1+Fn-2(n>=2,n∈N*)

因此我們可以只記錄下需要的部分,其餘部分可以捨棄.看清題意,選擇要留下的部分.

我們再來複習一次,動態規劃問題解答的範式

1.確定初始狀態

2.確定狀態

3.確定選擇

4.明確狀態變化的dp函數

有了一個範式後,我們就使用這個範式作為最高指導原則,研究了一些動態規劃的演算法.

回溯演算法

其本質是遍歷一顆決策樹,在樹的節點之間移動時,做出選擇或是撤銷選擇.直到決策樹的底層無法再做更多事情了

BFS演算法

廣度優先搜尋(Breadth-First Search, BFS)是一種”將一些問題抽象成圖,從圖的某一個點開始,往四周擴散”的演算法,像是沾到墨水的布,向四方擴散.其特點是定是最短的路徑,相對來說,所需要的空間複雜度會比深度優先搜尋(Depth-First Search,DFS)大上很多.

雙指標

比起只用一個指標,使用雙指標可以做到一些特殊的事情

1.快慢指標:有一組一快一慢的指標,主要是用來解決LinkedList的問題,例如典型的判斷一個LinkedList是否有環

2.左右指標:有一組分成左右的指標,主要是用來解決陣列或是字串的問題,例如二分搜尋

二分演算法

就是從中間切開,進行運算,但是其很多的小細節需要注意,例如要使用≤或是< ,左右的部分要加或減等等,由於不好追蹤又容易錯,撰寫時需要更加注意

滑動視窗演算法

我們維護一個不停移動的視窗,然後更新答案,先找到一個正確答案,然後不停地縮小視窗的大小,直到不符合題目所需要的答案為止.那前一步就是題目所需要的極值答案

最後我們使用了這些技巧,來研究了一些經典的動態規劃題目

例如:最長遞增子序列,俄羅斯套娃信封問題,最長公用次序列,字串最小編輯距離等等的問題…

哇看來我們這30天真的獲得不少收穫呢,不過演算法還有許多難題跟樂趣等著我們去發掘呢.現在的情況就像是剛買完裝備,出新手村一樣.接下來就是各位的大冒險了.希望我提供的這些武器可以幫助大家在面對難題時不至於手忙腳亂!

那我們有緣再見拉!感謝各位!


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