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例题1
内存化和动态规划算法

在解答谜题时,很多处理会重复相同的计算,尤其是在解决递归问题时。将计算过一次的结果用在其他地方,可以提高程序的处理速度。

例如,我们来思考下面的问题。虽然单纯用递归处理也能解决,但如果用一些技巧,能大幅度缩短处理时间。

例题

一群人去餐厅用餐,决定分桌坐,在分桌时要避免出现1张桌子只有1个人的情况。

此时,如果只考虑基于人数的分法,不考虑谁坐在哪一桌,那么以6人为例,共有以下4种分法。

● 2人 + 2人 + 2人

● 2人 + 4人

● 3人 + 3人

● 6人

如果1张桌子最多能坐10人,那么当有100人需要分桌坐时,有多少种分法?

思路

如果给第1张桌子分配的人数已定,那么剩下的人只能被分配到剩余的桌子上。这时,桌子数要减去1,剩下的人数则是总人数减去分配到第1张桌子的人数( 图0.1 )。

图0.1 第1张桌子和剩余的桌子

由于桌子的数量没有上限,所以只要考虑人数的分配方式即可。因此,我们来考虑接下来是分配与之前那桌相等的人数,还是分配多于之前那桌的人数。

换句话说,只要知道剩余人数和之前那桌分配的人数,就可以递归地进行搜索。这样一来,我们就能知道程序的处理可以用“剩余人数”和“之前那桌分配的人数”这两个参数来实现。

我们先根据问题描述来实现程序,请看代码清单pre01.01和代码清单pre01.02。

答案 437420种

按照上面的方式虽然可以求出答案,但随着人数的增加,处理时间会呈指数级增长。这种处理方式的问题在于重复进行了相同人数的计算。我们可以试着改一下,把用过一次的值保存起来,在下次需要给同一个参数赋值时,直接返回保存的值就可以了(代码清单pre01.03和代码清单pre01.04)。

上述例子都在处理的最后保存了计算结果,这样一来,在后面的处理中,只要在处理的开头让程序返回保存的那个值就可以了。像这样使用存储好的值,可以迅速提升处理速度。在进行递归处理时,保存执行的结果,并在之后的处理中重复使用该结果的方法叫作内存化。

另外,上面这个解题方法是用递归函数来实现的,我们也可以用循环的方式来实现。如果用两个轴来表示就餐人数和每张桌子可分配人数的最大值,并像 图0.2 那样统计分法,那么就可以通过从比较小的数( 图0.2 的左上角)开始,按顺序填入的方式来实现。

图0.2 通过循环方式推演的示意图

也就是说,先把就餐人数是0的那一列赋为1,然后从每张桌子可分配人数的最大值为2开始,反复计算所求单元格左边的数和上边的数之和,就能得到上面的表。

代码清单pre01.05和代码清单pre01.06是基于二重循环编写的示例代码,非常简洁。

这种方法叫作动态规划算法。听起来好像有点难,但如果你把它理解成就是将用过一次的计算结果存储起来,也就不难了。

本书会多次用到内存化这一实现方式。 9Ha+rlk+cVFGZuVx9GKo508SkPhRpLUEDFnJ2hI2A3fk7LC/TkdVpk7lRZDX7lJl

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