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五大算法思想—贪心算法

贪心法理解


  贪心法在解决问题的策略上目光短浅,只根据当前已有的信息就做出选择,而且一旦做出了选择,不管将来有什么结果,这个选择都不会改变。换言之,贪心法并不是从整体最优考虑,它所做出的选择只是在某种意义上的局部最优。

  一句话:不求最优,只求可行解。


判断贪心法


  对于一个具体的问题,怎么知道是否可用贪心算法解此问题,以及能否得到问题的最优解?

  我们可以根据贪心法的2个重要的性质去证明:贪心选择性质和最优子结构性质

  1、贪心选择性质

  什么叫贪心选择?从字义上就是贪心也就是目光短线,贪图眼前利益,在算法中就是只根据当前已有的信息就做出选择,而且以后都不会改变这次选择。(这也是和动态规划法的主要区别)

  和动态规划法的区别:动态规划算法通常以自底向上的方式解各子问题,而贪心算法则通常以自顶向下的方式进行,以迭代的方式作出相继的贪心选择,每作一次贪心选择就将所求问题简化为规模更小的子问题。

  所以对于一个具体问题,要确定它是否具有贪心选择性质,必须证明每做一步贪心选择是否最终导致问题的整体最优解。

  2、最优子结构

  当一个问题的最优解包含其子问题的最优解时,称此问题具有最优子结构性质。

  这个性质和动态规划法的一样,最优子结构性质是可用动态规划算法或贪心算法求解的关键特征。 



区分动态规划和贪心


  以二叉树遍历为例:

   贪心法是从上到下只进行深度搜索,也就是说它从根节点一口气走到黑的,它的代价取决于子问题的数目,也就是树的高度,每次在当前问题的状态上作出的选择都是1,不进行广度搜索,所以最终它得出的解不一定是最优解,很有可能是近似最优解。

  而动态规划法在最优子结构的前提下,从树的叶子节点开始向上进行搜索,并且在每一步都根据叶子节点的当前问题的状况作出选择,从而作出最优决策,所以她的代价是子问题的个数和可选择的数目,它求出的解一定是最优解。



贪心法求解问题


  使用贪心法求解可以根据以下几个方面进行(最终也对应着每步代码的实现)

  1、候选集合C

    通过一个候选集合C作为问题的可能解,即问题的最终解均取自于候选集合C。例如,在付款问题中,各种面值的货币构成候选集合。

  2、解集合S

    每完成一次贪心选择,将一个解放入S,最终获得一个完整解S

  3、解决函数solution

    检查解集合S是否构成问题的完整解。例如,在付款问题中,解决函数是已付出的货币金额恰好等于应付款。

  4、选择函数select

    即贪心策略,这是贪心法的关键,它指出哪个候选对象最有希望构成问题的解,选择函数通常和目标函数有关。例如,在付款问题中,贪心策略就是在候选集合中选择面值最大的货币。

  5、可行函数feasible

    检查解集合中加入一个候选对象是否可行,即解集合扩展后是否满足约束条件。例如,在付款问题中,可行函数是每一步选择的货币和已付出的货币相加不超过应付款。       


 

贪心法的一般过程如下:(一般试题就是在这个基础上添加具体的实现)

  
Greedy(C)  //C是问题的输入集合即候选集合

{

    S={ }; //初始解集合为空集

    while (not solution(S))  //集合S没有构成问题的一个解

    {

       x=select(C);    //在候选集合C中做贪心选择

       if feasible(S, x)  //判断集合S中加入x后的解是否可行

          S=S+{x};

          C=C-{x};

    }

    return S;

}



小结


  像找零问题,背包问题,最近临点都是很经典的贪心算法,而且都是实际的问题,理解上不太难,对于算法题,在理解算法思想的基础上,多做题,查找规律,多总结一些C实现中重要的代码段。