设计一个动态规划算法确定计算矩阵连乘积的计算次序,使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少。程序运行结束时,将矩阵连乘的加括号方式以及所计算的乘法次数输出。
时间: 2024-04-28 18:25:50 浏览: 75
好的,这是一个经典的动态规划问题,被称为矩阵链乘积问题。我会给你详细解释一下算法步骤。
假设我们有 $n$ 个矩阵 $A_1, A_2, ..., A_n$,它们相乘的顺序可以任意调整,但是计算它们的乘积需要进行的数乘次数是一定的。我们的目标是找到一种计算次序,使得所需的总数乘次数最少。
设 $m[i][j]$ 表示计算矩阵 $A_i$ 到 $A_j$ 的乘积所需的最少数乘次数,$s[i][j]$ 表示计算矩阵 $A_i$ 到 $A_j$ 的乘积时,最后一个进行乘法运算的矩阵的下标。
动态规划的思路是,从小规模问题开始,逐步扩大规模,直到解决整个问题。具体的算法步骤如下:
1. 初始化 $m[i][i]=0$,表示单个矩阵的乘积不需要进行数乘操作。
2. 对于每个子问题 $A_i$ 到 $A_j$,$m[i][j]$ 的值可以通过以下公式计算:
$$
m[i][j] = \min_{i\leq k<j}\{m[i][k]+m[k+1][j]+p_{i-1}p_kp_j\}
$$
其中 $p_i$ 表示第 $i$ 个矩阵的行数,也是第 $i+1$ 个矩阵的列数。上述公式的意思是,枚举最后一个进行乘法运算的矩阵的下标 $k$,将计算矩阵 $A_i$ 到 $A_j$ 的问题划分为两个子问题 $A_i$ 到 $A_k$ 和 $A_{k+1}$ 到 $A_j$,计算两个子问题的最少数乘次数,再加上将这两个子问题相乘所需的次数 $p_{i-1}p_kp_j$。
3. 计算完成后,可以通过 $s[i][j]$ 数组找到最优的计算次序。具体来说,如果 $s[i][j]=k$,则表示计算矩阵 $A_i$ 到 $A_j$ 的乘积时,最后一次乘法运算是在 $A_k$ 和 $A_{k+1}$ 之间进行的。因此,可以将问题划分为两个子问题 $A_i$ 到 $A_k$ 和 $A_{k+1}$ 到 $A_j$,分别对这两个子问题进行相乘。
4. 最终,可以通过递归的方式将问题解决。具体来说,可以按照 $s[i][j]$ 的值将问题划分为两个子问题,分别对这两个子问题进行递归求解。
5. 输出加括号方式以及所计算的乘法次数。可以按照 $s[i][j]$ 的值将问题划分为两个子问题,分别对这两个子问题进行输出,直到输出单个矩阵为止。
希望这个算法步骤对你有所帮助!
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