于动态规划的启幕之章,借 C++ 笔触绘就算法新篇

news2025/4/22 22:24:44

注意:代码由易到难 

P1216 [IOI 1994] 数字三角形 Number Triangles

题目链接:[IOI 1994] 数字三角形 Number Triangles - 洛谷

题目描述

观察下面的数字金字塔。

写一个程序来查找从最高点到底部任意处结束的路径,使路径经过数字的和最大。每一步可以走到左下方的点也可以到达右下方的点。

在上面的样例中,从 7→3→8→7→57→3→8→7→5 的路径产生了最大权值。

输入格式

第一个行一个正整数 �r ,表示行的数目。

后面每行为这个数字金字塔特定行包含的整数。

输出格式

单独的一行,包含那个可能得到的最大的和。

输入输出样例

输入 #1

5
7
3 8
8 1 0
2 7 4 4
4 5 2 6 5 

输出 #1

30

说明/提示

【数据范围】
对于 100%100% 的数据,1≤r≤1000,所有输入在 [0,100] 范围内。

思路:动态规划,由局部最优达到全局最优

本题属于动态规划中最优子问题类

代码一(dfs+记忆化数组) 注意:本代码有一个测试点超时

#include<iostream>  // 包含标准输入输出流库
#include<algorithm> // 包含算法库,用于使用 max 函数
using namespace std;

int r; // 全局变量,表示三角形的行数
int arr[1001][1001]; // 用于存储数字三角形的数组,大小为 1001x1001
int memory[1001][1001] = {0}; // 用于记忆化搜索的数组,初始化为 0

// 深度优先搜索(DFS)函数,用于计算从 (x, y) 到三角形底部的最大路径和
int dfs(int x, int y) {
    if (memory[x][y] != 0) return memory[x][y]; // 如果已经计算过 (x, y) 的结果,直接返回
    int mid;
    if (x > r || y > x) { // 如果超出三角形范围
        mid = 0; // 返回 0
    } else {
        // 递归计算从 (x, y) 向下和向右下两个方向的最大路径和,并加上当前节点的值
        mid = max(dfs(x + 1, y), dfs(x + 1, y + 1)) + arr[x][y];
    }
    memory[x][y] = mid; // 将结果存储到记忆化数组中
    return mid; // 返回当前节点的最大路径和
}

// 主逻辑函数,读取输入并调用 DFS
void solution() {
    cin >> r; // 输入三角形的行数
    for (int i = 1; i <= r; i++) { // 逐行读取三角形的每一行
        for (int j = 1; j <= i; j++) { // 逐个读取当前行的每个数字
            cin >> arr[i][j]; // 存储到 arr 数组中
        }
    }
    int maxSum = dfs(1, 1); // 从三角形顶部 (1, 1) 开始计算最大路径和
    cout << maxSum << endl; // 输出最大路径和
}

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false); // 关闭同步,提高输入输出效率
    cin.tie(nullptr); // 解绑 cin 和 cout,进一步提高效率
    int T = 1; // 测试用例数量,默认为 1
    // cin >> T; // 如果需要多个测试用例,可以取消注释
    while (T--) { // 对每个测试用例调用 solution 函数
        solution();
    }
    return 0; // 程序结束
}

代码二(动态规划,通过) 

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

int r; // 三角形的行数
int arr[1002][1002]; // 存储输入的数字三角形
int mid[1002][1002] = {0}; // 动态规划数组,用于存储从底部到当前点的最大路径和

// 解决数字三角形问题的函数
void solution()
{
    cin >> r; // 输入三角形的行数
    for (int i = 1; i <= r; i++) // 逐行读取三角形的数据
    {
        for (int j = 1; j <= i; j++) // 每行的列数等于行号
        {
            cin >> arr[i][j]; // 输入当前元素
        }
    }

    // 动态规划从三角形的底部向上计算最大路径和
    for (int i = r; i >= 1; i--) // 从最后一行开始向上遍历
    {
        for (int j = 1; j <= i; j++) // 遍历当前行的每个元素
        {
            // 当前点的最大路径和等于当前点的值加上其下方两个点中较大的值
            mid[i][j] = max(mid[i + 1][j], mid[i + 1][j + 1]) + arr[i][j];
        }
    }
    cout << mid[1][1] << endl; // 输出从顶部到底部的最大路径和
}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false); // 关闭同步,提高输入输出效率
    cin.tie(nullptr); // 解绑cin和cout,进一步提高效率
    int T = 1; // 测试用例数量(这里固定为1)
    // cin >> T; // 如果需要处理多组数据,可以取消注释
    while (T--) // 处理每一组数据
    {
        solution(); // 调用solution函数解决问题
    } 
    return 0; // 程序结束
}

代码三(动态规划+滚动数组)

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cmath>
#include<iomanip>
using namespace std;
#define av(y) setprecision(y)<<fixed;

int r; // 三角形的行数
int arr[1002][1002]; // 存储输入的数字三角形
int mid[1002] = {0}; // 动态规划数组,用于存储从底部到当前点的最大路径和(一维数组)

// 解决数字三角形问题的函数
void solution()
{
    cin >> r; // 输入三角形的行数
    for (int i = 1; i <= r; i++) // 逐行读取三角形的数据
    {
        for (int j = 1; j <= i; j++) // 每行的列数等于行号
        {
            cin >> arr[i][j]; // 输入当前元素
        }
    }

    // 动态规划从三角形的底部向上计算最大路径和
    for (int i = r; i >= 1; i--) // 从最后一行开始向上遍历
    {
        for (int j = 1; j <= i; j++) // 遍历当前行的每个元素
        {
            // 当前点的最大路径和等于当前点的值加上其下方两个点中较大的值
            // 这里使用一维数组 mid 来存储中间结果
            mid[j] = max(mid[j], mid[j + 1]) + arr[i][j];
        }
    }
    cout << mid[1] << endl; // 输出从顶部到底部的最大路径和
}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false); // 关闭同步,提高输入输出效率
    cin.tie(nullptr); // 解绑cin和cout,进一步提高效率
    int T = 1; // 测试用例数量(这里固定为1)
    // cin >> T; // 如果需要处理多组数据,可以取消注释
    while (T--) // 处理每一组数据
    {
        solution(); // 调用solution函数解决问题
    } 
    return 0; // 程序结束
}

 01背包问题

此视频可帮助理解01背包问题:

【自制】01背包问题算法动画讲解_哔哩哔哩_bilibili

有 N 件物品和一个容量是 V 的背包。每件物品只能使用一次

第 i 件物品的体积是 vi,价值是 wi。

求解将哪些物品装入背包,可使这些物品的总体积不超过背包容量,且总价值最大。
输出最大价值。

输入格式

第一行两个整数N,V,用空格隔开,分别表示物品数量和背包容积。

接下来有 N 行,每行两个整数 vi,wi,用空格隔开,分别表示第 i 件物品的体积和价值。

输出格式

输出一个整数,表示最大价值。

数据范围

0<N,V≤1000
0<vi,wi≤1000

输入样例

4 5
1 2
2 4
3 4
4 5

输出样例:

8

思路:就是每次打算放一个东西时,首先要考虑它放不放得下,放不下的话就直接不放;放得下的话,就要看放他划算还是不放它划算

枚举模拟算法+相对位置

 

代码一(dfs+记忆化搜索) 

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cmath>
#include<iomanip>
#include<cstring>
using namespace std;
#define av(y) setprecision(y)<<fixed;

const int N = 1010; // 定义最大物品数量和背包容量

int n, m; // 物品数量和背包容量
int v[N], w[N]; // 物品的体积和价值
int mem[N][N] = {0}; // 记忆化数组,存储已计算的状态

// 深度优先搜索 + 记忆化搜索
int dfs(int x, int spV)
{
    // 如果当前状态已经计算过,直接返回结果
    if (mem[x][spV]) return mem[x][spV];
    
    int sum = 0;
    // 如果已经考虑完所有物品,返回0
    if (x < 1)
    {
        return 0;
    }
    
    // 如果当前背包容量不足以放下第x个物品,只能选择不放
    if (spV < v[x])  
    {
        sum = dfs(x - 1, spV); // 不放当前物品,继续考虑前一个物品
    }
    else 
    {
        // 如果背包容量足够,选择放或不放第x个物品,取两者中的最大值
        sum = max(dfs(x - 1, spV), dfs(x - 1, spV - v[x]) + w[x]);
    }
    
    // 将当前状态的最优解存储到记忆化数组中
    mem[x][spV] = sum;
    return sum;
}

void solution()
{
    cin >> n >> m; // 输入物品数量和背包容量
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        cin >> v[i] >> w[i]; // 输入每个物品的体积和价值
    }
    int res = dfs(n, m); // 从最后一个物品开始,背包容量为m
    cout << res << endl; // 输出结果
}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false); // 关闭同步,提高输入输出效率
    cin.tie(nullptr); // 解绑cin和cout,进一步提高效率
    int T = 1; // 测试用例数量(这里固定为1)
    // cin >> T; // 如果需要处理多组数据,可以取消注释
    while (T--)
    {
        solution(); // 调用solution函数解决问题
    } 
    return 0; // 程序结束
}

下面的与上面的代码并无本质区别

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cmath>
#include<iomanip>
#include<cstring>
using namespace std;
#define av(y) setprecision(y)<<fixed;

const int N = 1010;

int n, m;
int v[N], w[N];
int mem[N][N];

// 深度优先搜索 + 记忆化搜索
int dfs(int x, int spV)
{
    if (x > n) return 0; // 超过物品数量,返回0
    if (mem[x][spV] != -1) return mem[x][spV]; // 如果已经计算过,直接返回记忆化的结果

    int sum = 0;
    if (spV < v[x])  // 如果当前背包容量不足以放下第x个物品
        sum = dfs(x + 1, spV); // 不放第x个物品
    else // 否则,选择放或不放第x个物品,取最大值
        sum = max(dfs(x + 1, spV), dfs(x + 1, spV - v[x]) + w[x]);

    mem[x][spV] = sum; // 记忆化结果
    return sum;
}

void solution()
{
    cin >> n >> m; // 输入物品数量和背包容量
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        cin >> v[i] >> w[i]; // 输入每个物品的体积和价值
    }
    memset(mem, -1, sizeof(mem)); // 初始化记忆化数组为-1
    int res = dfs(1, m); // 从第1个物品开始,背包容量为m
    cout << res << endl; // 输出结果
}

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false); // 关闭同步,提高输入输出效率
    cin.tie(nullptr); // 解绑cin和cout,进一步提高效率
    int T = 1; // 测试用例数量(这里固定为1)
    // cin >> T; // 如果需要处理多组数据,可以取消注释
    while (T--) // 处理每一组数据
    {
        solution(); // 调用solution函数解决问题
    } 
    return 0; // 程序结束
}

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