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凸多邊形最優三角剖分(演算法設計:動態規劃)

一、動態規劃

      和分治法類似,把原問題劃分成若干個子問題,不同的是,分治法(子問題間互相獨立),動態規劃(子問題不獨立)

      動態規劃:

(1)找出最優解的性質,刻畫其結構特徵

(2)遞迴地定義最優值

(3)自底向上,計算最優值

(4)構造最優解

動態規劃演算法的基本性質有:最優子結構性質和子問題重疊性質

二、凸多邊形最優三角剖分

三角剖分將多邊形分割成互不想交的三角形的弦的集合

權函式定義在多邊形的邊和絃

最優三角剖分:弦的和值最小

主要的思路:動態規劃的思想就是,找出最優解的性質,刻畫其結構特徵,遞迴地定義最優值,自底向上,計算最優值,構造最優解

是一種自底向上的演算法,最優三角剖分類似於矩陣連乘,唯一不同的就是最後w的部分,w是指Vi-1Vk,VkVj,Vi-1Vj三條邊的加和,最好畫圖加以輔助理解,不然很難思考

(1)凸多邊形的三角剖分將凸多邊形分割成互不相交的三角形的弦的集合T。

    (2)最優剖分給定凸多邊形P,以及定義在由多邊形的邊和絃組成的三角形上的權函式w。要求確定該凸多邊形的三角剖分,使得該三角剖分中諸三角形上權之和為最小。

     凸多邊形三角剖分如下圖所示:

          2、

最優子結構性質

     若凸(n+1)邊形P={V0,V1……Vn}的最優三角剖分T包含三角形V0VkVn,1<=k<=n,則T的權為三個部分權之和:三角形V0VkVn的權,多邊形{V0,V1……Vk}的權和多邊形{Vk,Vk+1……Vn}的權之和。如下圖所示:

          可以斷言,由T確定的這兩個子多邊形的三角剖分也是最優的。因為若有{V0,V1……Vk}和{V0,V1……Vk}更小權的三角剖分,將導致T不是最優三角剖分的矛盾。因此,凸多邊形的三角剖分問題具有最優子結構性質。

         3、遞推關係:

     設t[i][j],1<=i<j<=n為凸多邊形{Vi-1,Vi……Vj}的最優三角剖分所對應的權值函式值,即其最優值。最優剖分包含三角形Vi-1VkVj的權,子多邊形{Vi-1,Vi……Vk}的權,子多邊形{Vk,Vk+1……Vj}的權之和。

      因此,可得遞推關係式:

     凸(n+1)邊形P的最優權值為t[1][n]。

     

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