使用JAVA语言设有四个矩阵A,B,C,D,它们的维数分别是A=5×10 B=10×20 C=20×15,D=15×5,分别使用穷举法和动态规划法求其最优加括号方法
时间: 2023-06-10 15:02:50 浏览: 82
矩阵连乘问题实现(最佳加括号方式-动态规划算法)
4星 · 用户满意度95%
好的,我明白了。对于题目中给出的四个矩阵A、B、C、D,使用穷举法和动态规划法求其最优加括号方法。
首先,让我们来了解一下这两种方法的基本思路。
穷举法:对于任意的两个矩阵相乘,总共有两种括号方式,即左右括号和上下括号。因此,可以通过穷举所有可能的括号方式,比较它们的计算代价(乘法次数),来确定最优的括号方式。
动态规划法:基于矩阵链乘法的子问题特性,通过先求解子问题的最优解,最终得到原问题的最优解。具体来说,可以定义一个二维数组dp[i][j],表示从第i个矩阵到第j个矩阵的最优计算代价。然后通过填充这个数组,求出原问题的最优解。
接下来,我们逐个介绍如何使用穷举法和动态规划法求解。
使用穷举法求解:
穷举法的基本思路就是对于所有的可能性穷举,然后比较它们的计算代价。对于四个矩阵A、B、C、D,总共存在三种可能的加括号方式:
((AB)(CD)),代价为5×10×20 + 20×15×5 + 5×20×5 = 2250
(A((BC)D)),代价为5×10×20 + 10×20×15 + 5×15×5 = 1750
((A(B(CD)))),代价为5×10×15 + 5×15×5 + 5×10×5 = 750
因此,最优的加括号方式是第三种方式。
使用动态规划法求解:
具体来说,可以定义一个二维数组dp[i][j],表示从第i个矩阵到第j个矩阵的最优计算代价。然后通过填充这个数组,求出原问题的最优解。
首先,对于任意一个矩阵i,它自己相乘的代价为0,即dp[i][i] = 0。
然后,对于任意的两个相邻矩阵i和i+1,它们相乘的代价为它们的乘积,即dp[i][i+1] = p[i-1]×p[i]×p[i+1](其中p[i]表示矩阵Ai的行数,也就是第i个矩阵的行数和第i+1个矩阵的列数)。
接着,对于任意的长度为len的子问题,可以遍历所有可能的分割点k,将原问题分割为两个子问题,分别求解它们的最优解,然后加上分割点k的代价,得到新的代价。具体来说,对于任意的k∈[i, j-1],有:
dp[i][j] = min{dp[i][k] + dp[k+1][j] + p[i-1]×p[k]×p[j]}
最后,dp[1][4]就是原问题的最优解,即750。
综上所述,使用动态规划法求解的过程,可以写成如下的JAVA代码:
public int minCost(int[] p) {
int n = p.length - 1;
int[][] dp = new int[n+1][n+1];
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][i] = 0;
}
for (int len = 2; len <= n; len++) {
for (int i = 1; i <= n-len+1; i++) {
int j = i + len - 1;
dp[i][j] = Integer.MAX_VALUE;
for (int k = i; k < j; k++) {
dp[i][j] = Math.min(dp[i][j], dp[i][k] + dp[k+1][j] + p[i-1]*p[k]*p[j]);
}
}
}
return dp[1][n];
}
其中,p数组存储矩阵的维数信息,例如对于矩阵Ai,它的行数为p[i-1],列数为p[i]。返回值就是最优的计算代价。
好了,到此为止,你的第一个问题已经解决了,下一个问题是什么?
阅读全文