搜索算法的通用優(yōu)化方法

搜索算法的通用優(yōu)化方法

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1、搜索算法的通用優(yōu)化方法[DFS][搜索剪枝]在很多情況下,我們已經(jīng)找到了一組比較好的解。但是計(jì)算機(jī)仍然會(huì)義無(wú)返顧地去搜索比它更“劣”的其他解,搜索到后也只能回溯。為了避免出現(xiàn)這種情況,我們需要靈活地去定制回溯搜索的邊界。*例題計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接要將n(n<=30)臺(tái)計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò),連接方法:去除首尾兩臺(tái)計(jì)算機(jī)與一臺(tái)計(jì)算機(jī)相連以外,其他計(jì)算機(jī)只與兩臺(tái)計(jì)算機(jī)相連。連接的長(zhǎng)度則為計(jì)算機(jī)連接的電纜的長(zhǎng)度。求:一種連接方式,使需要電纜的長(zhǎng)度最短。分析這個(gè)題目用回溯搜索來(lái)解決。但是,由于回溯搜索的搜索量比較大,達(dá)到了n!,是不可能搜索完n=30的情況的,所以,我們考慮對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化

2、:假如目前搜索到了一組解,電纜總長(zhǎng)度為kx,那么,如果說(shuō)以后搜索到的連接方法(不一定是最終連接方法)的連接長(zhǎng)度>=kx,那么這個(gè)方案的總長(zhǎng)度一定不小于kx,那么,就不必要搜索下去了,直接換下一個(gè)結(jié)點(diǎn)繼續(xù)搜索。路徑A1-A2-…An與路徑An-An-1-…A1這兩條路徑是一個(gè)“正反”的關(guān)系,本質(zhì)上是相同的,于是我們可以規(guī)定起點(diǎn)始的下標(biāo)總是小于終點(diǎn)的下標(biāo)假如路徑的A-B-C-D的長(zhǎng)度

3、“死路”排除在外,不是可以節(jié)省很多的時(shí)間嗎?打一個(gè)比方,前面有一個(gè)路徑,別人已經(jīng)提示:“這是死路,肯定不通”,而你的程序仍然很“執(zhí)著”地要繼續(xù)朝這個(gè)方向走,走到頭來(lái)才發(fā)現(xiàn),別人的提示是正確的。這樣,浪費(fèi)了很多的時(shí)間。針對(duì)這種情況,我們可以把“死路”給標(biāo)記一下不走,就可以得到更高的搜索效率。*例題皇后問(wèn)題分析取n=4為例采用一般的回溯,就是每一行的每個(gè)格子放與不放都搜索一下:然后回溯一次,換下一個(gè)點(diǎn)繼續(xù)搜索。這個(gè)算法的效率,是實(shí)際上,在放置了(1,1)這個(gè)皇后,再把皇后放置在(2,1)就是毫無(wú)意義的:前面一個(gè)皇后一定能攻擊到它。為了避免這種情況,我們這樣做:走了一個(gè)

4、棋子以后,把它的“勢(shì)力范圍”給圈出來(lái),并且告訴以后的皇后:這里不能放置。舉簡(jiǎn)單的例子:放置皇后(1,1),由于打“.”的格子在放了(1,1)這顆子之后,被標(biāo)注為了“不能走”,所以這些點(diǎn)我們就不去理會(huì)了。這樣就節(jié)省了很多時(shí)間,大大提高了搜索的效率。而對(duì)于很多回溯的題目,我們都可以采用分枝定界法,把搜索樹(shù)中不必要的枝剪去,大大提高了搜索的效率。[記憶化]對(duì)于一些有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)的問(wèn)題,我們往往采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,需要弄清狀態(tài)以及狀態(tài)是如何轉(zhuǎn)移的,接著列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。首先舉一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子    *例題數(shù)字三角形    分析無(wú)論對(duì)與新手還是老手,這

5、都是再熟悉不過(guò)的題了,很容易地,我們寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程:      f(i,j)=a[i,j]+min{f(i+1,j)+f(i,j+1)}對(duì)于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法解決這個(gè)問(wèn)題,我們根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)移方向,比較容易地寫(xiě)出動(dòng)態(tài)規(guī)劃的循環(huán)表示方法。但是,當(dāng)狀態(tài)和轉(zhuǎn)移非常復(fù)雜的時(shí)候,也許寫(xiě)出循環(huán)式的動(dòng)態(tài)規(guī)劃就不是那么簡(jiǎn)單了。我們嘗試從正面的思路去分析問(wèn)題,如上例,不難得出一個(gè)非常簡(jiǎn)單的遞歸過(guò)程:if(i==0)return(a[i,j]);f1=f(i+1,j);f2=f(i,j+1);iff1>f2returna[i,j]+f1;elsereturna[i,j]+f2;

6、顯而易見(jiàn),這個(gè)算法就是最簡(jiǎn)單的搜索算法。時(shí)間復(fù)雜度為2n,明顯是會(huì)超時(shí)的。分析一下搜索的過(guò)程,實(shí)際上,很多調(diào)用都是不必要的,也就是把產(chǎn)生過(guò)的最優(yōu)狀態(tài),又產(chǎn)生了一次。為了避免浪費(fèi),很顯然,我們存放一個(gè)opt數(shù)組:Opt[i,j]-每產(chǎn)生一個(gè)f(i,j),將f(i,j)的值放入opt中,以后再次調(diào)用到f(i,j)的時(shí)候,直接從opt[i,j]來(lái)取就可以了?!     ∮谑莿?dòng)態(tài)規(guī)劃的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程被直觀地表示出來(lái)了,這樣節(jié)省了思維的難度,減少了編程的技巧,而運(yùn)行時(shí)間只是相差常數(shù)的復(fù)雜度,而且在相當(dāng)多的情況下,遞歸算法能更好地避免浪費(fèi),在比賽中是非常實(shí)用的?!   】偨Y(jié)記憶

7、化搜索是對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程的直觀表示。本質(zhì)上來(lái)說(shuō),它仍然是用搜索算法的核心,只不過(guò)使用“記錄求過(guò)的狀態(tài)”的辦法,來(lái)避免重復(fù)搜索,這樣,記憶化搜索的每一步,也可以對(duì)應(yīng)到動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法中去。記憶化搜索有優(yōu)化方便、調(diào)試容易、思維直觀的優(yōu)點(diǎn),但是效率上比循環(huán)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃差一個(gè)常數(shù),但是時(shí)間和空間復(fù)雜度是同一數(shù)量級(jí)的(盡管空間上也差一個(gè)常數(shù),那就是堆??臻g)。當(dāng)n比較小的時(shí)候,我們可以忽略這個(gè)常數(shù),從而記憶化搜索可以和動(dòng)態(tài)規(guī)劃達(dá)到完全相同的效果。[BFS]    [雙向搜索]      在bfs算法所能解決的問(wèn)題當(dāng)中,有相當(dāng)一部分,是給你初狀態(tài)和末狀態(tài),讓你求一條從初狀態(tài)到

8、末狀態(tài)的最

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