动态规划算法（后附常见动态规划为题及Java代码实现）

一、基本概念

    动态规划过程是：每次决策依赖于当前状态，又随即引起状态的转移。一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的，所以，这种多阶段最优化决策解决问题的过程就称为动态规划。

二、基本思想与策略

    基本思想与分治法类似，也是将待求解的问题分解为若干个子问题（阶段），按顺序求解子阶段，前一子问题的解，为后一子问题的求解提供了有用的信息。在求解任一子问题时，列出各种可能的局部解，通过决策保留那些有可能达到最优的局部解，丢弃其他局部解。依次解决各子问题，最后一个子问题就是初始问题的解。

    由于动态规划解决的问题多数有重叠子问题这个特点，为减少重复计算，对每一个子问题只解一次，将其不同阶段的不同状态保存在一个二维数组中。

    与分治法最大的差别是：适合于用动态规划法求解的问题，经分解后得到的子问题往往不是互相独立的（即下一个子阶段的求解是建立在上一个子阶段的解的基础上，进行进一步的求解）。

以上都过于理论，还是看看常见的动态规划问题吧！！！

三、常见动态规划问题

   1、找零钱问题

   有数组penny，penny中所有的值都为正数且不重复。每个值代表一种面值的货币，每种面值的货币可以使用任意张，再给定一个整数aim(小于等于1000)代表要找的钱数，求换钱有多少种方法。

给定数组penny及它的大小(小于等于50)，同时给定一个整数aim，请返回有多少种方法可以凑成aim。

测试样例：

[1,2,4],3,3

返回：2

解析：设dp
[m]为使用前n中货币凑成的m的种数，那么就会有两种情况：

             使用第n种货币：dp[n-1][m]+dp[n-1][m-peney
]

              不用第n种货币：dp[n-1][m]，为什么不使用第n种货币呢，因为penney
>m。

        这样就可以求出当m>=penney
时 dp
[m] = dp[n-1][m]+dp[n-1][m-peney
]，否则，dp
[m] = dp[n-1][m]

代码如下：

<span style="font-size:18px;">import java.util.*;

public class Exchange {
public int countWays(int[] penny, int n, int aim) {
// write code here
if(n==0||penny==null||aim<0){
return 0;
}
int[][] pd = new int
[aim+1];
for(int i=0;i<n;i++){
pd[i][0] = 1;
}
for(int i=1;penny[0]*i<=aim;i++){
pd[0][penny[0]*i] = 1;
}
for(int i=1;i<n;i++){
for(int j=0;j<=aim;j++){
if(j>=penny[i]){
pd[i][j] = pd[i-1][j]+pd[i][j-penny[i]];
}else{
pd[i][j] = pd[i-1][j];
}
}
}
return pd[n-1][aim];
}
}</span>

2、走方格问题

  有一个矩阵map，它每个格子有一个权值。从左上角的格子开始每次只能向右或者向下走，最后到达右下角的位置，路径上所有的数字累加起来就是路径和，返回所有的路径中最小的路径和。

给定一个矩阵map及它的行数n和列数m，请返回最小路径和。保证行列数均小于等于100.

测试样例：

[[1,2,3],[1,1,1]],2,3

返回：4

解析：设dp
[m]为走到n*m位置的路径长度，那么显而易见dp
[m] = min(dp[n-1][m],dp
[m-1]);

 

代码如下：

<span style="font-size:18px;">import java.util.*;

public class MinimumPath {
public int getMin(int[][] map, int n, int m) {
// write code here
int[][] dp = new int
[m];
for(int i=0;i<n;i++){
for(int j=0;j<=i;j++){
dp[i][0]+=map[j][0];
}
}
for(int i=0;i<m;i++){
for(int j=0;j<=i;j++){
dp[0][i]+=map[0][j];
}
}
for(int i=1;i<n;i++){
for(int j=1;j<m;j++){
dp[i][j] = min(dp[i][j-1]+map[i][j],dp[i-1][j]+map[i][j]);
}
}
return dp[n-1][m-1];
}
public int min(int a,int b){
if(a>b){
return b;
}else{
return a;
}
}
}</span>

3、走台阶问题

有n级台阶，一个人每次上一级或者两级，问有多少种走完n级台阶的方法。为了防止溢出，请将结果Mod 1000000007

给定一个正整数int n，请返回一个数，代表上楼的方式数。保证n小于等于100000。

测试样例：

1

返回：1

解析：这是一个非常经典的为题，设f(n)为上n级台阶的方法，要上到n级台阶的最后一步有两种方式：从n-1级台阶走一步；从n-1级台阶走两步，于是就有了这个公式f(n) = f(n-1)+f(n-2);

代码如下：

<span style="font-size:18px;">import java.util.*;

public class GoUpstairs {
public int countWays(int n) {
// write code here
if(n<=2)
return n;
int f = 1%1000000007;
int s = 2%1000000007;
int t = 0;
for(int i=3;i<=n;i++){
t = (f+s)%1000000007;
f = s;
s = t;
}
return t;
}
}</span>

4、最长公共序列数

给定两个字符串A和B，返回两个字符串的最长公共子序列的长度。例如，A="1A2C3D4B56”，B="B1D23CA45B6A”，”123456"或者"12C4B6"都是最长公共子序列。

给定两个字符串A和B，同时给定两个串的长度n和m，请返回最长公共子序列的长度。保证两串长度均小于等于300。

测试样例：

"1A2C3D4B56",10,"B1D23CA45B6A",12

返回：6

解析：设dp
[m] ，为A的前n个字符与B的前m个字符的公共序列长度，则当A
==B[m]的时候，dp[i][j] = max(dp[i-1][j-1]+1,dp[i-1][j],dp[i][j-1])，否则，dp[i][j] = Math.max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]);

代码如下：

<span style="font-size:18px;">import java.util.*;

public class LCS {
public int findLCS(String A, int n, String B, int m) {
// write code here
int[][] dp = new int
[m];
char[] a = A.toCharArray();
char[] b = B.toCharArray();
for(int i=0;i<n;i++){
if(a[i]==b[0]){
dp[i][0] = 1;
for(int j=i+1;j<n;j++){
dp[j][0] = 1;
}
break;
}

}
for(int i=0;i<m;i++){
if(a[0]==b[i]){
dp[0][i] = 1;
for(int j=i+1;j<m;j++){
dp[0][j] = 1;
}
break;
}

}
for(int i=1;i<n;i++){
for(int j=1;j<m;j++){
if(a[i]==b[j]){
dp[i][j] = max(dp[i-1][j-1]+1,dp[i-1][j],dp[i][j-1]);
}else{
dp[i][j] = Math.max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]);
}

}
}

return dp[n-1][m-1];
}
public int max(int a,int b,int c){
int max = a;
if(b>max)
max=b;
if(c>max)
max = c;
return max;
}
}</span>