给定n个矩阵{Ag.4]…4n.],其中相邻4;与A;是可乘的(i=0,1…,n-2)。给定第i个矩阵的行数p;(0≤i≤n-1)和最后一个矩阵的列数pm,,要求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。可以用动态规划法求解。引入dp[]i]表示A;×Aj+1X…×A;所需要的最少数乘次数,引入s[][i]表示A;×AytX…×A;的最优结合计算顺序中的最后一次相乘在哪个矩阵的右侧断开,请自行计算状态转移方程。核心代码如下,请完成代码缺失的部分,注意每个空只填写一个关键字、运算符、标识符或表达式(注意不需要空格和其他间隔符):void MatrixChain (int*p, int n, int**dp, int **s),void Traceback(int i, int j, int **s)补全丰富并详细注释
时间: 2024-02-15 11:02:07 浏览: 131
这道题目是矩阵连乘问题,它是动态规划的一个经典例题。给定n个矩阵{A1, A2, ..., An},其中相邻两个矩阵Ai和Ai+1是可乘的,即Ai的列数等于Ai+1的行数。每次矩阵乘法需要进行p[i-1] * p[i] * p[i+1]次数乘运算,其中p[i]表示第i个矩阵的行数和列数。
目标是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。可以用动态规划法求解。引入dp[i][j]表示Ai×Ai+1×...×Aj所需要的最少数乘次数,引入s[i][j]表示Ai×Ai+1×...×Aj的最优结合计算顺序中的最后一次相乘在哪个矩阵的右侧断开。
状态转移方程为:
dp[i][j] = min{ dp[i][k] + dp[k+1][j] + p[i-1]*p[k]*p[j] },其中i≤k<j
这个状态转移方程的意义是,对于每个区间[i, j],枚举其中的断点k,计算以k为断点的最小数乘次数,然后取其中的最小值作为dp[i][j]的值。
核心代码如下:
```
void MatrixChain(int *p, int n, int **dp, int **s) {
for (int r = 2; r <= n; ++r) { // 区间长度从2开始遍历
for (int i = 1; i <= n - r + 1; ++i) { // 枚举区间左端点
int j = i + r - 1; // 区间右端点
dp[i][j] = INT_MAX; // 初始化为最大值
for (int k = i; k < j; ++k) { // 枚举断点
int t = dp[i][k] + dp[k + 1][j] + p[i - 1] * p[k] * p[j];
if (t < dp[i][j]) { // 更新最小值
dp[i][j] = t;
s[i][j] = k; // 记录断点位置
}
}
}
}
}
void Traceback(int i, int j, int **s) { // 根据记录的断点位置s进行回溯
if (i == j)
return;
Traceback(i, s[i][j], s);
Traceback(s[i][j] + 1, j, s);
std::cout << "(" << i << "," << s[i][j] << ")x(" << (s[i][j] + 1) << "," << j << ")";
}
```
在MatrixChain函数中,我们首先遍历区间长度r,然后枚举区间左端点i,计算区间[i, j]的最小数乘次数,最后更新dp[i][j]的值和记录最优断点位置的s[i][j]的值。
在Traceback函数中,我们根据记录的最优断点位置s进行递归回溯,输出最优的矩阵乘法次序。
完整代码如下:
```
#include <iostream>
#include <climits>
void MatrixChain(int *p, int n, int **dp, int **s) {
for (int r = 2; r <= n; ++r) { // 区间长度从2开始遍历
for (int i = 1; i <= n - r + 1; ++i) { // 枚举区间左端点
int j = i + r - 1; // 区间右端点
dp[i][j] = INT_MAX; // 初始化为最大值
for (int k = i; k < j; ++k) { // 枚举断点
int t = dp[i][k] + dp[k + 1][j] + p[i - 1] * p[k] * p[j];
if (t < dp[i][j]) { // 更新最小值
dp[i][j] = t;
s[i][j] = k; // 记录断点位置
}
}
}
}
}
void Traceback(int i, int j, int **s) { // 根据记录的断点位置s进行回溯
if (i == j)
return;
Traceback(i, s[i][j], s);
Traceback(s[i][j] + 1, j, s);
std::cout << "(" << i << "," << s[i][j] << ")x(" << (s[i][j] + 1) << "," << j << ")";
}
int main() {
int n = 6; // 矩阵个数
int p[] = {30, 35, 15, 5, 10, 20, 25}; // 矩阵行列数数组
int **dp = new int*[n + 1]; // 定义dp数组
int **s = new int*[n + 1]; // 定义s数组
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
dp[i] = new int[n + 1];
s[i] = new int[n + 1];
dp[i][i] = 0; // 边界条件
s[i][i] = 0; // 边界条件
}
MatrixChain(p, n, dp, s); // 计算dp和s数组
std::cout << "Matrix multiplication order: ";
Traceback(1, n, s); // 输出矩阵乘法次序
// 释放内存
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
delete[] dp[i];
delete[] s[i];
}
delete[] dp;
delete[] s;
return 0;
}
```
在代码中,我们首先定义了矩阵个数n和矩阵行列数数组p。然后定义了dp和s数组,并对边界条件进行初始化。接着调用MatrixChain函数计算dp和s数组,最后调用Traceback函数输出最优矩阵乘法次序。
注意,在实际编写代码时,我们需要注意动态分配数组的内存,并在使用完毕后及时释放。
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