Python之动态规划算法

Python041

Python之动态规划算法,第1张

动态规划算法中是将复杂问题递归分解为子问题,通过解决这些子问题来解决复杂问题。与递归算法相比,动态编程减少了堆栈的使用,避免了重复的计算,效率得到显著提升。

先来看一个简单的例子,斐波那契数列.

斐波那契数列的定义如下。

斐波那契数列可以很容易地用递归算法实现:

上述代码,随着n的增加,计算量呈指数级增长,算法的时间复杂度是 。

采用动态规划算法,通过自下而上的计算数列的值,可以使算法复杂度减小到 ,代码如下。

下面我们再看一个复杂一些的例子。

这是小学奥数常见的硬币问题: 已知有1分,2分,5分三种硬币数量不限,用这些硬币凑成为n分钱,那么一共有多少种组合方法。

我们将硬币的种类用列表 coins 定义;

将问题定义为一个二维数组 dp,dp[amt][j] 是使用 coins 中前 j+1 种硬币( coins[0:j+1] )凑成总价amt的组合数。

例如: coins = [1,2,5]

dp[5][1] 就是使用前两种硬币 [1,2] 凑成总和为5的组合数。

对于所有的 dp[0][j] 来说,凑成总价为0的情况只有一种,就是所有的硬币数量都为0。所以对于在有效范围内任意的j,都有 dp[0][j] 为1。

对于 dp[amt][j] 的计算,也就是使用 coins[0:j+1] 硬币总价amt的组合数,包含两种情况计算:

1.当使用第j个硬币时,有 dp[amt-coins[j]][j] 种情况,即amt减去第j个硬币币值,使用前j+1种硬币的组合数;

2.当不使用第j个硬币时,有 dp[amt][j-1] 种情况,即使用前j种硬币凑成amt的组合数;

所以: dp[amt][j] = dp[amt - coins[j]][j]+dp[amt][j-1]

我们最终得到的结果是:dp[amount][-1]

上述分析省略了一些边界情况。

有了上述的分析,代码实现就比较简单了。

动态规划算法代码简洁,执行效率高。但是与递归算法相比,需要仔细考虑如何分解问题,动态规划代码与递归调用相比,较难理解。

我把递归算法实现的代码也附在下面。有兴趣的朋友可以比较一下两种算法的时间复杂度有多大差别。

上述代码在Python 3.7运行通过。

当你听到数据结构时,你会想到什么?

数据结构是根据类型组织和分组数据的容器。它们基于可变性和顺序而不同。可变性是指创建后改变对象的能力。我们有两种类型的数据结构,内置数据结构和用户定义的数据结构。

什么是数据算法-是由计算机执行的一系列步骤,接受输入并将其转换为目标输出。

列表是用方括号定义的,包含用逗号分隔的数据。该列表是可变的和有序的。它可以包含不同数据类型的混合。

months=['january','february','march','april','may','june','july','august','september','october','november','december']

print(months[0])#print the element with index 0

print(months[0:7])#all the elements from index 0 to 6

months[0]='birthday #exchange the value in index 0 with the word birthday

print(months)

元组是另一种容器。它是不可变有序元素序列的数据类型。不可变的,因为你不能从元组中添加和删除元素,或者就地排序。

length, width, height =9,3,1 #We can assign multiple variables in one shot

print("The dimensions are {} * {} * {}".format(length, width, height))

一组

集合是唯一元素的可变且无序的集合。它可以让我们快速地从列表中删除重复项。

numbers=[1,2,3,4,6,3,3]

unique_nums = set(numbers)

print(unique_nums)

models ={'declan','gift','jabali','viola','kinya','nick',betty'}

print('davis' in models)#check if there is turner in the set models

models.add('davis')

print(model.pop())remove the last item#

字典

字典是可变和无序的数据结构。它允许存储一对项目(即键和值)

下面的例子显示了将容器包含到其他容器中来创建复合数据结构的可能性。

* 用户定义的数据结构*

使用数组的堆栈堆栈是一种线性数据结构,其中元素按顺序排列。它遵循L.I.F.O的机制,意思是后进先出。因此,最后插入的元素将作为第一个元素被删除。这些操作是:

溢出情况——当我们试图在一个已经有最大元素的堆栈中再放一个元素时,就会出现这种情况。

下溢情况——当我们试图从一个空堆栈中删除一个元素时,就会出现这种情况。

队列是一种线性数据结构,其中的元素按顺序排列。它遵循先进先出的F.I.F.O机制。

描述队列特征的方面

两端:

前端-指向起始元素。

指向最后一个元素。

有两种操作:

树用于定义层次结构。它从根节点开始,再往下,最后的节点称为子节点。

链表

它是具有一系列连接节点的线性数据。每个节点存储数据并显示到下一个节点的路由。它们用来实现撤销功能和动态内存分配。

图表

这是一种数据结构,它收集了具有连接到其他节点的数据的节点。

它包括:

算法

在算法方面,我不会讲得太深,只是陈述方法和类型:

原文:https://www.tuicool.com/articles/hit/VRRvYr3

算法是一种与语言无关的东西,更确切地说就算解决问题的思路,就是一个通用的思想的问题。代码本身不重要,算法思想才是重中之重

我们在面试的时候总会被问到一下算法,虽然算法是一些基础知识,但是难起来也会让人非常头疼。

排序算法应该算是一些简单且基础的算法,但是我们可以从简单的算法排序锻炼我们的算法思维。这里我就介绍经典十大算法用python是怎么实现的。

十大经典算法可以分为两大类:

比较排序: 通过对数组中的元素进行比较来实现排序。

非比较排序: 不通过比较来决定元素间的相对次序。

算法复杂度

冒泡排序比较简单,几乎所有语言算法都会涉及的冒泡算法。

基本原理是两两比较待排序数据的大小 ,当两个数据的次序不满足顺序条件时即进行交换,反之,则保持不变。

每次选择一个最小(大)的,直到所有元素都被输出。

将第一个元素逐个插入到前面的有序数中,直到插完所有元素为止。

从大范围到小范围进行比较-交换,是插入排序的一种,它是针对直接插入排序算法的改进。先对数据进行预处理,使其基本有序,然后再用直接插入的排序算法排序。

该算法是采用 分治法 对集合进行排序。

把长度为n的输入序列分成两个长度为n/2的子序列,对这两个子序列分别采用归并排序,最终合并成序列。

选取一个基准值,小数在左大数在在右。

利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。

堆是一个近似完全二叉树的结构,并同时满足堆积的性质:即子结点的键值或索引总是小于(或者大于)它的父节点。利用最大堆和最小堆的特性。

采用字典计数-还原的方法,找出待排序的数组中最大和最小的元素,统计数组中每个值为i的元素出现的次数,对所有的计数累加,将每个元素放在新数组依次排序。

设置一个定量的数组当作空桶;遍历输入数据,并且把数据一个一个放到对应的桶里去;对每个不是空的桶进行排序;从不是空的桶里把排好序的数据拼接起来。

元素分布在桶中:

然后,元素在每个桶中排序:

取得数组中的最大数,并取得位数;从最低位开始取每个位组成新的数组;然后进行计数排序。

上面就是我整理的十大排序算法,希望能帮助大家在算法方面知识的提升。看懂之后可以去试着自己到电脑上运行一遍。最后说一下每个排序是没有调用数据的,大家记得实操的时候要调用。

参考地址:https://www.runoob.com/w3cnote/ten-sorting-algorithm.html