贪心算法

参考:http://blog.csdn.net/a925907195/article/details/41314549

一、基本概念

所谓贪心算法是指,在对问题求解时,总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说,不从整体最优上加以考虑,他所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。
贪心算法没有固定的算法框架,算法设计的关键是贪心策略的选择。必须注意的是,贪心算法不是对所有问题都能得到整体最优解,选择的贪心策略必须具备无后效性,即某个状态以后的过程不会影响以前的状态,只与当前状态有关。
所以对所采用的贪心策略一定要仔细分析其是否满足无后效性。

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二、贪心算法的基本思路

1.建立数学模型来描述问题。
2.把求解的问题分成若干个子问题。
3.对每一子问题求解,得到子问题的局部最优解。
4.把子问题的解局部最优解合成原来解问题的一个解。

利用贪心算法解题,需要解决两个问题:

  • 一是问题是否适合用贪心法求解。我们看一个找币的例子,如果一个货币系统有三种币值,面值分别为一角、五分和一分,求最小找币数时,可以用贪心法求解;如果将这三种币值改为一角一分、五分和一分,就不能使用贪心法求解。用贪心法解题很方便,但它的适用范围很小,判断一个问题是否适合用贪心法求解,目前还没有一个通用的方法,在信息学竞赛中,需要凭个人的经验来判断。
  • 二是确定了可以用贪心算法之后,如何选择一个贪心标准,才能保证得到问题的最优解。在选择贪心标准时,我们要对所选的贪心标准进行验证才能使用,不要被表面上看似正确的贪心标准所迷惑,

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三、贪心算法的实现框架

从问题的某一初始解出发;
while (能朝给定总目标前进一步)
{
利用可行的决策,求出可行解的一个解元素;
}
由所有解元素组合成问题的一个可行解;

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四、经典例子

[均分纸牌]有N堆纸牌,编号分别为1,2,…,n。每堆上有若干张,但纸牌总数必为n的倍数.可以在任一堆上取若干张纸牌,然后移动。移牌的规则为:在编号为1上取的纸牌,只能移到编号为2的堆上;在编号为n的堆上取的纸牌,只能移到编号为n-1的堆上;其他堆上取的纸牌,可以移到相邻左边或右边的堆上。现在要求找出一种移动方法,用最少的移动次数使每堆上纸牌数都一样多。例如:n=4,4堆纸牌分别为:① 9 ② 8 ③ 17 ④ 6 移动三次可以达到目的:从③取4张牌放到④ 再从③区3张放到②然后从②去1张放到①。
输入输出样例:4
9 8 17 6
屏幕显示:3

算法分析:设a[i]为第I堆纸牌的张数(0<=I<=n),v为均分后每堆纸牌的张数,s为最小移动次数。
我们用贪心算法,按照从左到右的顺序移动纸牌。如第I堆的纸牌数不等于平均值,则移动一次(即s加1),分两种情况移动:
1.若a[i]>v,则将a[i]-v张从第I堆移动到第I+1堆;
2.若a[i]<v,则将v-a[i]张从第I+1堆移动到第I堆。
为了设计的方便,我们把这两种情况统一看作是将a[i]-v从第I堆移动到第I+1堆,移动后有a[i]=v; a[I+1]=a[I+1]+a[i]-v.
在从第I+1堆取出纸牌补充第I堆的过程中可能回出现第I+1堆的纸牌小于零的情况。
如n=3,三堆指派数为1 2 27 ,这时v=10,为了使第一堆为10,要从第二堆移9张到第一堆,而第二堆只有2张可以移,这是不是意味着刚才使用贪心法是错误的呢?
我们继续按规则分析移牌过程,从第二堆移出9张到第一堆后,第一堆有10张,第二堆剩下-7张,在从第三堆移动17张到第二堆,刚好三堆纸牌都是10,最后结果是对的,我们在移动过程中,只是改变了移动的顺序,而移动次数不便,因此此题使用贪心法可行的。

[最大整数]设有n个正整数,将它们连接成一排,组成一个最大的多位整数。
例如:n=3时,3个整数13,312,343,连成的最大整数为34331213。
又如:n=4时,4个整数7,13,4,246,连成的最大整数为7424613。
输入:n
N个数
输出:连成的多位数
算法分析:此题很容易想到使用贪心法,在考试时有很多同学把整数按从大到小的顺序连接起来,测试题目的例子也都符合,但最后测试的结果却不全对。按这种标准,我们很容易找到反例:12,121应该组成12121而非12112,那么是不是相互包含的时候就从小到大呢?也不一定,如12,123就是12312而非12123,这种情况就有很多种了。是不是此题不能用贪心法呢?
其实此题可以用贪心法来求解,只是刚才的标准不对,正确的标准是:先把整数转换成字符串,然后在比较a+b和b+a,如果a+b>=b+a,就把a排在b的前面,反之则把a排在b的后面。

Leetcode典型题:
122 Best Time to Buy and Sell Stock II
134 Gas Station
402 Remove K Digits

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