算法导论贪心算法笔记

贪心算法也是用来解决最优解问题

它在每一步都做出当时看起来最佳的选择,未必有动态规划严谨,但是在某些问题中,确实可以得到最优解。在一些 NP 完全问题中,贪心算法也可以被用来得到近似最优解

活动选择问题

问题的定义为:给出一组活动的开始和结束时间,选出一个最大的兼容活动子集

这个问题具有最优子结构:一个问题的最优解由一个分割点元素和左右两个子问题的最优解组成,遍历分割点的选择,即可写出动态规划方法的核心公式

贪心策略:选出与当前已选集兼容的“结束时间最早的活动”(这里有点绕,结束时间最早是因为,序列是按结束时间升序排列的,所以就按顺序检查选择第一个兼容的活动即可)

可以证明此问题用贪心算法可以得到一个最优解:定理 16.1

可以用递归或迭代两种方式实现这个算法,时间性能都为 O(n),再次印证了一个道理:我们用递归来分析问题,用循环来解决问题

贪心算法原理

再次明确了一个概念,最优子结构:将一个问题做出一种划分,如果划分后得到的几个问题的最优解组合起来就是原问题的一个最优解,那么这种划分就是一个最优子结构

设计贪心算法的步骤:
1.将最优化问题转化为这样的形式:对其做出一次选择后,只剩下一个子问题需要求解。(限定划分的形式:选择 + 一个子问题)
2.证明做出贪心选择后,原问题总是存在最优解,即贪心选择总是安全的。(意思是原问题总是存在一个最优解包含贪心策略做出的选择)
3.证明做出贪心选择后,剩余的子问题满足性质:其最优解与贪心选择组合即可得到原问题的最优解,这样就得到了最优子结构。

贪心选择性质:我们可以通过做出局部最优选择来构造全局最优解。

最优子结构,贪心算法通常使用更直接的最优子结构(意思就是贪心选择加一个子问题)

贪心算法与动态规划的比较:
0-1 背包问题适合动态规划
分数背包问题用贪心算法更佳
总体来说,贪心算法的效率优于动态规划,不需要计算太多的重叠子问题

赫夫曼编码

变长编码思想是,赋予高频字符短码字,赋予低频字符长码字

前缀码:没有任何码字是其它码字的前缀的编码(非常奇葩的名字)

构造一颗树,将出现频率越高的字符放在离根结点越近的地方,这棵树可以用来编码和解码

赫夫曼编码的方法是:将队列中频率最低的两个结点合成一颗子树,子树的频率为两个结点的频率之和,将子树放回队列中。循环处理队列直至只剩一个结点。

赫夫曼编码的性能主要受最小优先队列操作的性能影响。使用最小二叉堆时,总运行时间为 O(nlgn)

引理 16.2 和引理 16.3 证明了赫夫曼编码的正确性

赫夫曼编码的贪心选择:在每个步骤可选的所有合并操作中,赫夫曼选择是代价最小的那个

拟阵和贪心算法

拟阵的概念比较抽象,阅读了额外的文章帮助理解:
http://www.voidcn.com/article/p-dxllptii-bcv.html

坦白的说,这一节和下一节的内容基本是由关于拟阵的各种引理、定理及其证明组成的,阅读起来有一定的难度,其大略思想如下:

1.拟阵是一个数学概念,它包含一些性质,可以证明贪心算法得到的解是拟阵问题最优解。
2.如果我们可以将一个问题抽象为拟阵,并能证明问题符合拟阵的性质,那么就可以用贪心算法解决这个问题。

用拟阵求解任务调度问题

任务调度问题是指,单处理器上的一组任务,每个任务有一个截至时间及错过时间后的惩罚值,问题的最优解是使总惩罚值最小的任务序列。

解决任务调度问题的步骤是,先证明任务调度问题可以抽象为拟阵,然后用贪心算法求得最优解。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,080评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,422评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,630评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,554评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,662评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,856评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,014评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,752评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,212评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,541评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,687评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,347评论 4 331
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,973评论 3 315
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,777评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,006评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,406评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,576评论 2 349

推荐阅读更多精彩内容