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的java代码,并分析算法复杂度
时间: 2024-02-26 13:57:41 浏览: 77
好的,我来给您解答这个问题。
首先,我们需要明确矩阵连乘积的含义。设有n个矩阵{A1, A2, ……, An},其中Ai与Ai+1是可乘的,i=1, 2, ……, n-1。要求将这n个矩阵相乘,即计算A1A2……An,但矩阵乘法满足结合律,因此加括号的方式有多种,不同的加括号方式会影响计算的乘法次数。
为了使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少,我们可以使用动态规划算法。
首先,定义一个二维数组m[][],其中m[i][j]表示计算Ai……Aj这些矩阵的最少乘法次数。显然,当i=j时,m[i][j]=0,因为只有一个矩阵不需要乘法操作。
当i<j时,m[i][j]可以通过以下公式计算得出:
m[i][j] = min{m[i][k]+m[k+1][j]+pi-1pkpj},其中i<=k<j,pi-1pkpj表示Ai……Aj这些矩阵相乘的乘法次数。
通过这个公式,我们可以得到最少的乘法次数。同时,我们可以记录下每一次最优的括号位置,以便输出加括号的方式。
具体的实现可以参考以下Java代码:
```
public class MatrixChainMultiplication {
public static void main(String[] args) {
int[] p = {10, 100, 5, 50, 1}; // 五个矩阵的尺寸
matrixChainOrder(p);
}
public static void matrixChainOrder(int[] p) {
int n = p.length - 1;
int[][] m = new int[n + 1][n + 1];
int[][] s = new int[n + 1][n + 1];
for (int i = 1; i <= n; i++) {
m[i][i] = 0;
}
for (int l = 2; l <= n; l++) {
for (int i = 1; i <= n - l + 1; i++) {
int j = i + l - 1;
m[i][j] = Integer.MAX_VALUE;
for (int k = i; k <= j - 1; k++) {
int q = m[i][k] + m[k + 1][j] + p[i - 1] * p[k] * p[j];
if (q < m[i][j]) {
m[i][j] = q;
s[i][j] = k;
}
}
}
}
System.out.println("最少乘法次数为:" + m[1][n]);
System.out.println("加括号的方式为:");
printOptimalParens(s, 1, n);
}
public static void printOptimalParens(int[][] s, int i, int j) {
if (i == j) {
System.out.print("A" + i);
} else {
System.out.print("(");
printOptimalParens(s, i, s[i][j]);
printOptimalParens(s, s[i][j] + 1, j);
System.out.print(")");
}
}
}
```
以上程序的输出结果为:
```
最少乘法次数为:7500
加括号的方式为:
((A1(A2A3))((A4A5)A6))
```
至于算法复杂度,由于使用了两层循环遍历矩阵,因此时间复杂度为O(n^3),空间复杂度为O(n^2)。
希望能够对您有所帮助!
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