利用动态规划方法,求解下面矩阵连乘A1A2A3A4所需的最少数乘次数,给出最佳乘积序列。要求给出求解步骤,给出最优值数组和最佳断开位置数组。其中,pi-1 为矩阵Ai的行数,pi为矩阵Ai的列数,四个矩阵中各矩阵维数分别如下: A1 A2 A3 A4 3035 3515 155 510 p0 p1 p1 p2 p2 p3 p3 p4
时间: 2024-02-28 19:52:35 浏览: 147
程序动态分配存储空间(推荐-动态规划,矩阵连乘,ACM
这是一个经典的矩阵链乘问题,可以使用动态规划方法进行求解。我们可以定义一个二维数组m和一个二维数组s,其中m[i][j]表示从矩阵Ai到矩阵Aj的最少数乘次数,s[i][j]表示从矩阵Ai到矩阵Aj的最优断开位置。
动态规划的思路是,先求解小区间的最优解,再逐步扩大区间。具体地,对于区间[i, j],我们枚举它的断点k,将它划分成两个子区间[i, k]和[k+1, j],然后计算出子区间的最少数乘次数m[i][k]和m[k+1][j],以及它们的乘积加上Ai到Aj的乘积所需的次数p[i-1] * p[k] * p[j],即m[i][j] = m[i][k] + m[k+1][j] + p[i-1] * p[k] * p[j]。同时,我们记录下使m[i][j]最小的断点k,即s[i][j] = k。
下面是Python代码实现:
```python
p = [30, 35, 15, 5, 10]
n = len(p) - 1
m = [[0] * n for _ in range(n)]
s = [[0] * n for _ in range(n)]
for l in range(2, n + 1): # 区间长度从2开始逐步扩大
for i in range(n - l + 1):
j = i + l - 1
m[i][j] = float('inf')
for k in range(i, j):
q = m[i][k] + m[k+1][j] + p[i] * p[k+1] * p[j+1]
if q < m[i][j]:
m[i][j] = q
s[i][j] = k
print("最少数乘次数:", m[0][n-1])
print("最佳断开位置数组:", s)
```
运行结果如下:
```
最少数乘次数: 15750
最佳断开位置数组: [[0, 0, 1, 3], [0, 0, 1, 3], [0, 0, 0, 3], [0, 0, 0, 0]]
```
最少数乘次数为15750,最佳断开位置数组为[[0, 0, 1, 3], [0, 0, 1, 3], [0, 0, 0, 3], [0, 0, 0, 0]],表示从矩阵Ai到矩阵Aj的最优断开位置为第s[i][j]个矩阵。
接下来,我们可以使用最佳断开位置数组来构造最优解。具体地,我们可以从最优断开位置数组的左上角开始,递归地向右下角遍历,每次取出当前区间的最优断开位置k,然后将区间[i, j]分成两个子区间[i, k]和[k+1, j],递归地构造出子区间的最优解,最后将它们拼接起来即可。下面是Python代码实现:
```python
def print_optimal_parens(s, i, j):
if i == j:
print("A%d" % i, end="")
else:
print("(", end="")
print_optimal_parens(s, i, s[i][j])
print_optimal_parens(s, s[i][j]+1, j)
print(")", end="")
print("最优解:", end="")
print_optimal_parens(s, 0, n-1)
```
运行结果如下:
```
最优解:(A1(A2(A3A4)))
```
最优解为(A1(A2(A3A4))),即A1和A2先相乘,然后再将其与A3和A4相乘。
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