算法练习之最大算式

(最大算式)

For man is man and master of his fate
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第一次看到这个题目,也是无从下手,但是初看一定是用dp动态规划没错,在借鉴了许多优质博客和自己实操之后,我对整个过程也有了自己的理解。
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解法
首先我们可以这样子想,我们把前n个数中使用k个乘号来计算出最大值看作是一个过程,注意这里n的范围是(1-N),k的范围是(1-K),这样,我们每次进行一次计算最大值,都是解出全局最优解的一个子过程,并且我们可以使用这些计算出的子问题最优解,来进行下一次子过程的最优解运算,每一步在全局看来都是最好的决策,不难想出,当我们求到前N个数使用K个乘号这个子问题(最终一步)时,这个值已经是最优的了。
下面考虑如何实现,因为我今天只看明白了用dp数组来解(递归更简洁),所以姑且就用这个方法叭,第一步,根据输入的N,K值,开一个dp数组,行数为(N+1),列数为(K+1),dp[i][j]的意思就是前i个数中使用j个乘号所能计算出的最大值,又因为i个数最多只能使用i-1个乘号,所以我们始终要保持i>j,所以下面黄色区域是不用计算的,第二步,由于j为0时,我们无法使用乘号,所以dp[i][0]的最大值只能是前i个数的和,所以我们还要初始化第一列,如下图,以题目样本为例
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这里dp[i][0]这一列都初始化好了,代表不使用乘法符号时,前i个数所能计算出的最大值,接下来我们计算下一列
当我们计算dp[2][1]这个位置时,我们此时有两个数,一个乘号可以用,所以无论如何,这个乘号都要用掉,故dp[2][1]=2
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接下来计算dp[3][1],此时我们面临两决策,即使用前两个数的积加上第三个数的和作为解,还是使用第一个数与后两个数的积的和作为解,这就是个问题,用公式表达就是
dp[3][1] = Max(dp[2][0] * (dp[3][0]-dp[2][0]),dp[1][0] * (dp[3][0]-dp[1][0]))
这里可以计算出dp[3][1]的最优值是9
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这个确实挺绕的,不过没关系,我来继续讲解,下面我们计算dp[4][1],根据上面的思路,这次公式变为
dp[4][1] = Max(dp[3][0] * (dp[4][0]-dp[3][0]),dp[2][0] * (dp[4][0]-dp[2][0]),dp[1][0] * (dp[4][0]-dp[1][0])),这回dp[4][1]的最优解是24
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同理,我们接着来看dp[5][1],此次公式变为
dp[5][1] = Max(dp[4][0] * (dp[5][0]-dp[4][0]),dp[3][0] * (dp[5][0]-dp[3][0]),dp[2][0] * (dp[5][0]-dp[2][0]),dp[1][0] * (dp[5][0]-dp[1][0])),这次的最大值是54
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此时,貌似我们发现了规律,从dp[2][1]一直计算到dp[5][1],整个过程貌似在同一个循环里,这样可以推算出状态转移方程
dp[i][j] = Math.max(dp[i][j],dp[p][j-1] * (dp[i][0]-dp[p][0]));(1<=p<i)
这样,根据这个递推公式,我们就可以计算dp中剩下的数,最终的最优解就是dp[N][K],为120
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而对于dp[i][j]的计算,由于dp是一个二维表格,所以dp[i][j]的遍历还要套两层for循环,上code

package 蓝桥;
import java.util.Scanner;
public class 最大算式 {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner in = new Scanner(System.in);
		int N = in.nextInt();//输入数字的数目 (1~N)
		int K = in.nextInt();//出现的乘号数目
		int[][] dp = new int[N+1][K+1];//dp[i][j]表示前i个数组成的式子使用j个乘号可以得到的最大值
		//初始化dp的第一列,因为当使用的乘号数目为0时,dp[i][j]只能在使用加号的时候才能获得最大值
		int sum = 0;
		for(int i=1;i<=N;i++) {
			int input = in.nextInt();
			sum+=input;
			dp[i][0] = sum;//dp数组第一列已经初始化好
		}
		System.out.println(getMax(dp, N, K));
	}
	
	static int getMax(int[][] dp,int N,int K) {
		//注意,dp数组的遍历是按每一列每一列来的
		for(int j=1;j<=K;j++) {
			for(int i=2;i<=N;i++) {
				if(i>j) {//因为i个数中最多能使用i-1个乘号,所以为了加速dp的遍历,剪枝
					for(int p=1;p<i;p++) {
						dp[i][j] = Math.max(dp[i][j],dp[p][j-1]*(dp[i][0]-dp[p][0]));//状态转移方程
					}
				}
			}
		}
		return dp[N][K];
	}
}

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