用python随机生成6个矩阵的矩阵链相乘问题,应用动态规划算法进行求解,给出最优值和最优解并分析时间复杂度。
时间: 2023-06-14 09:03:21 浏览: 106
首先,我们来理解一下矩阵链相乘问题。矩阵链相乘问题就是给定n个矩阵A1,A2,...,An,其中Ai的规模为pi-1 x pi(i=1,2,...,n),求完全括号化矩阵乘积的最小代价。例如,A1为10x100的矩阵,A2为100x5的矩阵,A3为5x50的矩阵,那么(A1A2)A3和A1(A2A3)的计算次数不同,代价也不同,需要找到一种最优的计算顺序使得代价最小。
接下来,我们来看动态规划算法的思路。
1. 状态定义:设m[i][j]表示Ai...j的最小代价
2. 状态转移方程:m[i][j] = min{m[i][k] + m[k+1][j] + pi-1 x pk x pj} (i <= k < j)
3. 初始状态:m[i][i] = 0
4. 最终结果:m[1][n]
接下来,我们来实现这个算法。我们先随机生成6个矩阵,并且将它们存储在一个列表中。代码如下:
```python
import random
# 随机生成6个矩阵
matrix_list = []
for i in range(6):
m = random.randint(1, 50)
n = random.randint(1, 50)
matrix_list.append((m, n))
print(matrix_list)
```
接着,我们来实现动态规划算法来求解最优值和最优解。代码如下:
```python
# 动态规划算法求解最优值和最优解
def matrix_chain_order(matrix_list):
# 矩阵个数
n = len(matrix_list)
# 初始化m和s
m = [[0] * n for _ in range(n)]
s = [[0] * n for _ in range(n)]
# 动态规划求解
for l in range(2, n+1):
for i in range(1, n-l+2):
j = i + l - 1
m[i-1][j-1] = float('inf')
for k in range(i, j):
q = m[i-1][k-1] + m[k][j-1] + matrix_list[i-1][0] * matrix_list[k-1][1] * matrix_list[j-1][1]
if q < m[i-1][j-1]:
m[i-1][j-1] = q
s[i-1][j-1] = k
# 返回最优值和最优解
return m[0][n-1], s
# 打印最优值和最优解
optimal_value, optimal_solution = matrix_chain_order(matrix_list)
print("最优值:", optimal_value)
print("最优解:", optimal_solution)
```
最后,我们来分析一下时间复杂度。由于要遍历三个循环,因此时间复杂度为O(n^3)。
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