1. 什么是貪心算法?
貪心算法,又稱貪婪算法(Greedy Algorithm),是指在對問題求解時,總是做出在當前看來是最好的選擇。也就是說,不從整體最優解出發來考慮,它所做出的僅是在某種意義上的局部最優解。
貪婪算法是一種分階段的工作,在每一個階段,可以認為所做決定是最好的,而不考慮將來的后果。這種“眼下能夠拿到的就拿”的策略是這類算法名稱的來源。
貪心算法沒有固定的算法框架,算法設計的關鍵是貪心策略的選擇。必須注意的是,貪心算法不是對所有問題都能得到整體最優解,選擇的貪心策略必須具備無后效性,即某個狀態以后的過程不會影響以前的狀態,只與當前狀態有關。所以對所采用的貪心策略一定要仔細分析其是否滿足無后效性。
二、貪心算法的基本思路:
1. 建立數學模型來描述問題。
2. 把求解的問題分成若干個子問題。
3. 對每一子問題求解,得到子問題的局部最優解。
4. 把子問題的解局部最優解合成原來解問題的一個解。
三、貪心算法適用的問題
貪心策略適用的前提是:局部最優策略能導致產生全局最優解。也就是當算法終止的時候,局部最優等於全局最優。
四、貪心算法的實現框架
從問題的某一初始解出發;
while (能朝給定總目標前進一步)
{
利用可行的決策,求出可行解的一個解元素;
}
由所有解元素組合成問題的一個可行解;
五、貪心策略的選擇
因為用貪心算法只能通過解局部最優解的策略來達到全局最優解,因此,一定要注意判斷問題是否適合采用貪心算法策略,找到的解是否一定是問題的最優解。
如果確定可以使用貪心算法,那一定要選擇合適的貪心策略;
六、貪心算法的幾個例子
1. 紙幣找零問題
假設1元、2元、5元、10元、20元、50元、100元的紙幣,張數不限制,現在要用來支付K元,至少要多少張紙幣?
很顯然,我們很容易就想到使用貪心算法來解決,並且我們所根據的貪心策略是,每一步盡可能用面值大的紙幣即可。當然這是正確的,代碼如下:
/** * 錢幣找零問題 * * @param money the money */ public static void greedyGiveMoney(int money) { System.out.println("需要找零: " + money); int[] moneyLevel = {1, 5, 10, 20, 50, 100}; for (int i = moneyLevel.length - 1; i >= 0; i--) { int num = money/ moneyLevel[i]; int mod = money % moneyLevel[i]; money = mod; if (num > 0) { System.out.println("需要" + num + "張" + moneyLevel[i] + "塊的"); } } }
(1)如果不限制紙幣的金額,那這種情況還適合用貪心算法么。比如1元,2元,3元,4元,8元,15元的紙幣,用來支付K元,至少多少張紙幣?
經我們分析,這種情況是不適合用貪心算法的,因為我們上面提供的貪心策略不是最優解。比如,紙幣1元,5元,6元,要支付10元的話,按照上面的算法,至少需要1張6元的,4張1元的,而實際上最優的應該是2張5元的。
(2)如果限制紙幣的張數,那這種情況還適合用貪心算法么。比如1元10張,2元20張,5元1張,用來支付K元,至少多少張紙幣?
同樣,仔細想一下,就知道這種情況也是不適合用貪心算法的。比如1元10張,20元5張,50元1張,那用來支付60元,按照上面的算法,至少需要1張50元,10張1元,而實際上使用3張20元的即可;
(3)所以貪心算法是一種在某種范圍內,局部最優的算法。
2. 背包問題:
有一個背包,背包容量是W=150。有7個物品,每個物品有各自的重量和價值,每個物品有一件。要求盡可能讓裝入背包中的物品總價值最大,但不能超過總容量。
物品 A B C D E F G
重量 35 30 60 50 40 10 25
價值 10 40 30 50 35 40 30
我們很容易想到使用貪心算法來解決這個問題,那我們考慮一下貪心策略:
(1)每次挑選價值最大的物品放入背包,得到的結果是否最優?
(2)每次挑選所占重量最小的物品放入背包,得到的結果是否最優?
(3)每次選取單位重量價值最大的物品,得到的結果是否最優?
值得注意的是,貪心算法並不是完全不可以使用,貪心策略一旦經過證明成立后,它就是一種高效的算法。但可惜的是,它需要證明后才能真正運用到題目的算法中。
而上面的3中貪心策略,都是無法成立的,即無法被證明的:
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第一條和第二條類似,第三條,選取單位重量價值最大的物品:
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以上問題使用貪心算法是解決不了的,而普通背包問題可以使用貪心算法來解決。這個問題是屬於0-1背包問題,不過我們可以考慮使用動態規划來解決,那就是另一個問題了。
普通背包問題和0-1背包問題差不多,0-1背包的每件物品只有一件,而普通背包的每件物品數量是不止一件的,如果每件物品的數量是無限的,那這種稱為完全背包問題;
參考自:http://blog.csdn.net/wang704987562/article/details/70991590
和《數據結構與算法分析 Java語音描述》