動態規劃之矩陣連乘
題目描述:
給定n個矩陣{A1,A2,…,An},其中,Ai與Ai+1是可乘的,(i=1,2 ,…,n-1)。用加括號的方法表示矩陣連乘的次序,不同的計算次序計算量(乘法次數)是不同的,找出一種加括號的方法,使得矩陣連乘的次數最小。
例如:
A1是A(5*10)的方陣;
A2是A(10*100)的方陣;
A3是A(100*2)的方陣;
那麼有兩種加括號的方法:
- (A1A2)A3;
2. A1(A2A3);
第一種方法的計算量:5*10*100+5*100*2=6000;
第二種方法的計算量:10*100*2+5*10*2=2100;
可以看出不同計算方法計算量差別很大。
問題分析:
1. 矩陣連乘的條件:第一個矩陣的列等於第二個矩陣的行,此時兩個矩陣是可乘的;
2. 多個矩陣連乘的結果矩陣,其行列等於第一個矩陣的行和最後一個矩陣的列;
3.兩個矩陣相乘的計算量:
例如:A(3*2),B(2*4)
可知總執行次數為:3*2*4=24.
所以矩陣Am*n和Bn*k的乘法運算次數為:m*n*k;
4.矩陣連乘AiAi+1Ai+2……Aj的最優解問題
假設在第k位置上找到最優解,則問題變成了兩個子問題:(AiAi+1……Ak),(Ak+1……Aj)
用m[i][j]表示矩陣連乘的最優值,那麼兩個子問題對應的最優值變成m[i][k],m[k+1][j];
設矩陣Am的行數為Pm,列數為qm,矩陣是可連乘的,即相鄰矩陣qm=Pm+1,所以(AiAi+1……Ak)可表示為Pi * qk,
(Ak+1……Aj)可表示為Pk+1 * qj,qk = Pk+1.則兩個矩陣連乘的乘法次數為Pi * Pk+1 * qj。
5.矩陣連乘最優值遞迴式:
程式碼實現:
#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
const int size=100;
int p[size];
int m[size][size],s[size][size];
int n;
void matrixchain()
{
int i,r,j,k;
memset(m,0,sizeof(m));
memset(s,0,sizeof(s));//初始化陣列
for(r=2;r<=n;r++)//矩陣連乘的規模為r
{
for(i=1;i<=n-r+1;i++)
{
j=i+r-1;
m[i][j]=m[i+1][j]+p[i-1]*p[i]*p[j];//對m[][]開始賦值
s[i][j]=i;//s[][]儲存各子問題的決策點
for(k=i+1;k<j;k++)//尋找最優值
{
int t=m[i][k]+m[k+1][j]+p[i-1]*p[k]*p[j];
if(t < m[i][j])
{
m[i][j]=t;
s[i] [j]=k;
}
}
}
}
}
void print(int i,int j)
{
if(i == j)
{
cout<<"A["<<i<<"]";
return;
}
cout<<"(";
print(i,s[i][j]);
print(s[i][j]+1,j);//遞迴1到s[1][j]
cout<<")";
}
int main()
{
cout<<"請輸入矩陣的個數n : "<<endl;
cin>>n;
int i,j;
cout<<"請依次輸入每個矩陣的行數和最後一個矩陣的列數:"<<endl;
for(i=0;i<=n;i++)
cin>>p[i];
matrixchain();
print(1,n);
cout<<endl;
cout<<"最小計算量的值為:"<<m[1][n]<<endl;
return 0;
}