记录贴-gpt4 提供的学习内容-基本算法

发布时间 2023-03-22 21:13:24作者: 英勇无畏的it码码哈哈哥
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  • 概率论算法
  • 统计学算法

以上是通过提问 gpt4得到的学习 Python 的一些基础算法,直接向 gpt4 提问,通过提问的思路顺延下去把基础算法学好

1.动态规划算法
提问:Python 中动态规划算法的原理是什么?
动态规划算法是一种通过将问题分解成子问题来解决复杂问题的算法。它通常用于优化问题,例如在计算机科学中,它可以用于查找最短路径,最长公共子序列,背包问题等。动态规划算法的核心思想是将问题分解成子问题,并将子问题的解存储在一个表格中,以便在需要时进行查找。这种方法可以大大减少计算量,提高算法的效率。

2.举个例子
举个例子,动态规划算法可以用于解决背包问题。在背包问题中,我们需要选择一些物品放入背包中,以便在限制条件下获得最大的价值。动态规划算法可以通过将问题分解成子问题来解决这个问题。我们可以将每个物品视为一个子问题,并计算出将该物品放入背包中和不放入背包中的最大价值。然后,我们可以使用这些子问题的解来计算出将所有物品放入背包中的最大价值。这种方法可以大大减少计算量,提高算法的效率。

3.给个动态规划算法的代码示例

# 0/1 背包问题
def knapsack(W, wt, val, n):
    K = [[0 for x in range(W + 1)] for x in range(n + 1)]
    for i in range(n + 1):
        for w in range(W + 1):
            if i == 0 or w == 0:
                K[i][w] = 0
            elif wt[i-1] <= w:
                K[i][w] = max(val[i-1] + K[i-1][w-wt[i-1]],  K[i-1][w])
            else:``
                K[i][w] = K[i-1][w]
    return K[n][W]

# 测试
val = [60, 100, 120]
wt = [10, 20, 30]
W = 50
n = len(val)
print(knapsack(W, wt, val, n)) # 220

4.详细讲解一下该算法
这个算法是解决0/1背包问题的动态规划算法。该问题是在给定一组物品,每个物品有一个重量和一个价值,以及一个背包容量的情况下,选择哪些物品放入背包,使得在不超过背包容量的前提下,物品的总价值最大。该算法使用一个二维数组K来存储子问题的最优解,其中K[i][w]表示前i个物品中,当背包容量为w时的最大价值。算法的核心是一个嵌套的循环,外层循环遍历物品,内层循环遍历背包容量。对于每个物品,如果它的重量小于等于当前背包容量,那么可以选择将它放入背包,此时背包的剩余容量为w-wt[i-1],价值为val[i-1],加上前i-1个物品在剩余容量下的最大价值K[i-1][w-wt[i-1]],即可得到当前状态下的最大价值。如果不选择当前物品,则当前状态下的最大价值为前i-1个物品在当前背包容量下的最大价值K[i-1][w]。最终返回K[n][W],即前n个物品在背包容量为W时的最大价值。

5.具体应用场景
该算法可以应用于很多场景,例如在物流配送中,需要选择一些货物放入车辆进行配送,但车辆有一定的载重限制,需要在不超过限制的前提下,选择货物的总价值最大。又例如在投资决策中,需要选择一些投资项目进行投资,但每个项目有不同的风险和收益,需要在总投资金额有限的前提下,选择投资项目的总收益最大。、

6.leetcode 中哪些题目可以用动态规划算法解决,题号是多少?是什么类型题目?
70. 爬楼梯 (斐波那契数列)
198. 打家劫舍 (线性DP)
300. 最长上升子序列 (一般DP)
322. 零钱兑换 (完全背包)
416. 分割等和子集 (01背包)
518. 零钱兑换 II (完全背包)
647. 回文子串 (一般DP)
746. 使用最小花费爬楼梯 (斐波那契数列)
1143. 最长公共子序列 (一般DP)
120. 三角形最小路径和 (二维DP)

7.用 python 写一下322 题零钱兑换 完全背包

# 完全背包问题
def coinChange(coins, amount):
    dp = [float('inf')] * (amount + 1)
    dp[0] = 0
    for coin in coins:
        for i in range(coin, amount + 1):
            dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)
    return dp[amount] if dp[amount] != float('inf') else -1

# 测试
coins = [1, 2, 5]
amount = 11
print(coinChange(coins, amount)) # 3

这个算法是解决完全背包问题的动态规划算法。该问题是在给定一组物品,每个物品有一个重量和一个价值,以及一个背包容量的情况下,选择哪些物品放入背包,使得在不超过背包容量的前提下,物品的总价值最大。该算法使用一个一维数组dp来存储子问题的最优解,其中dp[i]表示凑出金额i所需的最少硬币数。算法的核心是一个嵌套的循环,外层循环遍历硬币,内层循环遍历金额。对于每个硬币,如果它小于等于当前金额,那么可以选择将它放入解中,此时剩余金额为i-coin,凑出剩余金额所需的最少硬币数为dp[i-coin],加上当前硬币1枚即可得到当前状态下的最少硬币数。如果不选择当前硬币,则当前状态下的最少硬币数为dp[i]。最终返回dp[amount],即凑出金额amount所需的最少硬币数。该算法可以应用于很多场景,例如在货币兑换中,需要将一种货币兑换成另一种货币,但两种货币之间的汇率不同,需要在兑换过程中使用最少的硬币数量。

8.可以对该题进行优化吗?
该算法已经是完全背包问题的最优解法,因为它的时间复杂度为O(N*amount),其中N为硬币的数量。该算法的空间复杂度为O(amount),可以进一步优化为O(1),只需要使用一个变量来存储当前状态下的最少硬币数即可。

9.动态规划算法中比较难理解的是什么?
动态规划算法中比较难理解的是状态转移方程。状态转移方程是动态规划算法的核心,它描述了如何从已知的子问题的最优解推导出当前问题的最优解。状态转移方程通常是基于递推的思想,即当前状态的最优解可以通过之前的状态的最优解推导出来。在实际应用中,状态转移方程的推导往往需要一定的数学功底和逻辑思维能力,因此比较难理解。另外,状态转移方程的正确性也是动态规划算法的关键之一,需要通过数学证明或者严格的逻辑推导来保证。因此,掌握动态规划算法需要具备一定的数学和算法基础,需要不断地练习和思考,才能够熟练掌握该算法。

谢谢