Δυναμικός Προγραμματισμός



Σχετικά έγγραφα
Μάθημα 20: Δυναμικός Προγραμματισμός (DP)

Αλγοριθμικές Τεχνικές. Brute Force. Διαίρει και Βασίλευε. Παράδειγμα MergeSort. Παράδειγμα. Τεχνικές Σχεδιασμού Αλγορίθμων

Αλγοριθμικές Τεχνικές

Αναδρομικοί Αλγόριθμοι

Διωνυµικοί Συντελεστές. Αλγόριθµοι & Πολυπλοκότητα (Χειµώνας 2011) Δυναµικός Προγραµµατισµός 1

υναμικός Προγραμματισμός

Θέματα Εφαρμογών Βάσεων Δεδομένων: Ιδιωτικότητα Δεδομένων

Δυναμικός Προγραμματισμός

Δυναμικός Προγραμματισμός

υναμικός Προγραμματισμός

Δυναμικός Προγραμματισμός

Δομές Δεδομένων & Αλγόριθμοι

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Άνοιξη I. ΜΗΛΗΣ

Αναδρομικές Σχέσεις «ιαίρει-και-βασίλευε»

Σχεδίαση Αλγορίθμων - Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ -4ο εξάμηνο 1

Αλγόριθμοι - Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ -4ο εξάμηνο 1

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Άνοιξη I. ΜΗΛΗΣ

Αλγόριθµοι. Παράδειγµα. ιαίρει και Βασίλευε. Παράδειγµα MergeSort. Τεχνικές Σχεδιασµού Αλγορίθµων

υναμικός Προγραμματισμός

Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων

Κεφάλαιο 4. Δυναµικός Προγραµµατισµός (Dynamic Programming) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Διάλεξη 15: Αναδρομή (Recursion) Διδάσκων: Παναγιώτης Ανδρέου

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Διαίρει-και-Βασίλευε. Αλγόριθµοι & Πολυπλοκότητα (Χειµώνας 2011) Διαίρει-και-Βασίλευε 2

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι

ΔΟΜΗΜΕΝΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Διαίρει-και-Βασίλευε. Διαίρει-και-Βασίλευε. MergeSort. MergeSort. Πρόβλημα Ταξινόμησης: Είσοδος : ακολουθία n αριθμών (α 1

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ. Ενότητα 8: Δυναμικός Προγραμματισμός. Ιωάννης Μανωλόπουλος, Καθηγητής Αναστάσιος Γούναρης, Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ

Διάλεξη 20: Αναδρομή (Recursion) Διδάσκων: Παναγιώτης Ανδρέου

Δυναµικός Προγραµµατισµός (ΔΠ)

ιαίρει-και-βασίλευε ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Αναδρομή (Recursion) Η Δίδυμη Αδελφή της Επανάληψης. Διαφάνειες από τους Robert Sedgewick και Kevin Wayne Ι-1

Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Τροποποιήσεις-προσθήκες: Α. Παγουρτζής. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Δυναμικός Προγραμματισμός

Ταξινόμηση με συγχώνευση Merge Sort

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

1o Φροντιστήριο ΗΥ240

επιστρέφει το αμέσως μεγαλύτερο από το x στοιχείο του S επιστρέφει το αμέσως μικρότερο από το x στοιχείο του S

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Ν!=1*2*3* *(N-1) * N => N! = (Ν-1)! * N έτσι 55! = 54! * 55

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η

Τεχνικές Σχεδιασμού Αλγορίθμων

Προγραμματισμός ΙI (Θ)

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Δείκτες (Pointers) Ένας δείκτης είναι μια μεταβλητή με τιμή μια διεύθυνση μνήμης. 9.8

Γ7.5 Αλγόριθμοι Αναζήτησης. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης

Διάλεξη 15: Αναδρομή (Recursion)

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΤΜΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 6: Συναρτήσεις και Αναδρομή

Ορθότητα Χωρική αποδοτικότητα. Βελτιστότητα. Θεωρητική ανάλυση Εμπειρική ανάλυση. Αλγόριθμοι - Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ -4ο εξάμηνο 1

Προγραμματισμός Η/Υ (ΤΛ2007 )

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Υ (3 ο Φυλλάδιο)

Διαίρει και Βασίλευε. πρόβλημα μεγέθους Ν. διάσπαση. πρόβλημα μεγέθους k. πρόβλημα μεγέθους Ν-k

ΔΟΜΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ. Ταξινόµηση Mergesort Κεφάλαιο 8. Ε. Μαρκάκης Επίκουρος Καθηγητής

ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ (Functions)

- ΟΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 6: ΜΗ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΟ ΟΡΙΟ ΣΤΟ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Στην ενότητα αυτή θα µελετηθούν τα εξής θέµατα:

Η γλώσσα προγραμματισμού C Οι συναρτήσεις στη C (2)

Διάλεξη 15η: Αναδρομή, μέρος 1ο

Αναδρομή Ανάλυση Αλγορίθμων

Προγραμματισμός Η/Y. Διάλεξη 6 η : Συναρτήσεις

Διαχείριση Εφοδιαστικής Αλυσίδας ΙΙ

Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων

Δομημένος Προγραμματισμός (ΤΛ1006)

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΒΟΗΘΟΣ: ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΔΟΥΡΟΣ

Δομημένος Προγραμματισμός (ΤΛ1006)

a n + 6a n a n 2 + 8a n 3 = 0, a 0 = 1, a 1 = 2, a 2 = 8

Εισαγωγή στον δομημένο προγραμματισμό

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης. Επισκόπηση μοντέλων λήψης αποφάσεων Τεχνικές Μαθηματικού Προγραμματισμού

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ Η/Υ (ΟΜΑΔΑ ΘΕΜΑΤΩΝ A)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΔΟΜΗΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟ

Ανάπτυξη Μεγάλων Εφαρµογών στη Γλώσσα C (2)

Εισαγωγή στην Ανάλυση Αλγορίθμων (2-3)

Στην ενότητα αυτή θα µελετηθούν τα εξής θέµατα:

Εργαστηριακή Άσκηση 1

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

καθ. Βασίλης Μάγκλαρης

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ. Ενότητα 2: Ανάλυση Αλγορίθμων. Ιωάννης Μανωλόπουλος, Καθηγητής Αναστάσιος Γούναρης, Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Πληροφορικής ΑΠΘ

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Άνοιξη I. ΜΗΛΗΣ

Ουρά Προτεραιότητας (priority queue)

Διάλεξη 04: Παραδείγματα Ανάλυσης

- εξίσωση που εκφράζει τον n-οστό όρο a n της ακολουθίας, - µέσω ενός ή περισσότερων όρων από τους a 0, a 1,..., a n 1, - για κάθε n n 0, όπου n 0 N.

ΠΛΕ075: Προηγμένη Σχεδίαση Αλγορίθμων και Δομών Δεδομένων. Λουκάς Γεωργιάδης

Διδάσκων: Παναγιώτης Ανδρέου

Στόχοι και αντικείμενο ενότητας. Πέρασμα Πίνακα σε Συνάρτηση (συν.) Πέρασμα Πίνακα σε Συνάρτηση. #8.. Ειδικά Θέματα Αλγορίθμων

Διάλεξη 04: Παραδείγματα Ανάλυσης Πολυπλοκότητας/Ανάλυση Αναδρομικών Αλγόριθμων

Χαρακτηριστικά Δυναμικού Προγραμματισμού. Εισαγωγικά. 2 Δυναμικός Προγραμματισμός

ΕΠΛ231 Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι 4. Παραδείγματα Ανάλυσης Πολυπλοκότητας Ανάλυση Αναδρομικών Αλγόριθμων

Προγραμματισμός Υπολογιστών με C++

Transcript:

πρόβλημα μεγέθους Ν «Διαίρει και βασίλευε» : ανεξάρτητα υποπροβλήματα διάσπαση πρόβλημα μεγέθους k πρόβλημα μεγέθους Ν-k

πρόβλημα μεγέθους Ν Σε κάποιες περιπτώσεις όμως τα υποπροβλήματα δεν είναι ανεξάρτητα διάσπαση πρόβλημα μεγέθους Ν 1 πρόβλημα μεγέθους Ν 2 Υπάρχουν επικαλυπτόμενα υποπροβλήματα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε πολύ μεγάλους χρόνους εκτέλεσης

Παράδειγμα: Υπολογισμός της ακολουθίας Fibonacci Η επίλυση της αναδρομικής εξίσωσης δίνει

Παράδειγμα: Υπολογισμός της ακολουθίας Fibonacci Μπορεί να υπολογιστεί με το ακόλουθο αναδρομικό πρόγραμμα : int fibonacci(int n) { if (n<1) return 0; if (n==1) return 1; return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); }

Παράδειγμα: Υπολογισμός της ακολουθίας Fibonacci Μπορεί να υπολογιστεί με το ακόλουθο αναδρομικό πρόγραμμα : int fibonacci(int n) { if (n<1) return 0; if (n==1) return 1; return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); } Χρόνος εκτέλεσης :

int fibonacci(int n) { if (n<1) return 0; if (n==1) return 1; return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); } Δένδρο αναδρομής 6 5 4 4 2 2 2 1 2 1 2 1

Δένδρο αναδρομής 6 5 4 4 2 2 2 1 2 1 2 1 Ιδέα: Αντί να υπολογίσουμε το f 4 δύο φορές, το υπολογίζουμε μία φορά και αποθηκεύουμε την τιμή του

Δένδρο αναδρομής 6 5 4 4 2 2 2 1 2 1 2 1 Ιδέα: Αντί να υπολογίσουμε το f 4 δύο φορές, το υπολογίζουμε μία φορά και αποθηκεύουμε την τιμή του ομοίως και για τις άλλες τιμές που χρειαζόμαστε

Παράδειγμα: Υπολογισμός της ακολουθίας Fibonacci Μπορεί να υπολογιστεί σε γραμμικό χρόνο με το ακόλουθο πρόγραμμα : int fibonacci(int n) { int i; int F[n+1]; F[0]=; F[1]=1; for (int i=2; i<=n; i++) F[i] = F[i-1] + F[i-2]; return F[n]; }

Συνθετικός δυναμικός προγραμματισμός (bottom-up dynamic programming) Υπολογίζει και αποθηκεύει όλες τις τιμές της συνάρτησης με τη σειρά ξεκινώντας τον υπολογισμό από τη μικρότερη τιμή του ορίσματος. int fibonacci(int n) { int i; int F[n+1]; F[0]=; F[1]=1; for (int i=2; i<=n; i++) F[i] = F[i-1] + F[i-2]; return F[n]; }

Αναλυτικός δυναμικός προγραμματισμός (top-down dynamic programming) Το αναδρομικό πρόγραμμα αποθηκεύει τις τιμές που υπολογίζει και αποφεύγει τον υπολογισμό ήδη αποθηκευμένων τιμών. int fibonacci(int n) { int t; if (knownf[n]!= unknown) return knownf[n]; if (n==0) t = 0; if (n==1) t = 1; if (n > 1) t = fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); return knownf[n] = t; }

int fibonacci(int n) { int t; if (knownf[n]!= unknown) return knownf[n]; if (n==0) t = 0; if (n==1) t = 1; if (n > 1) t = fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); return knownf[n] = t; } 6 Δένδρο αναδρομής 5 4 4 2 2 1

Συνθετικός δυναμικός προγραμματισμός (bottom-up dynamic programming) Υπολογίζει και αποθηκεύει όλες τις τιμές της συνάρτησης με τη σειρά ξεκινώντας τον υπολογισμό από τη μικρότερη τιμή του ορίσματος. Αναλυτικός δυναμικός προγραμματισμός (top-down dynamic programming) Το αναδρομικό πρόγραμμα αποθηκεύει τις τιμές που υπολογίζει και αποφεύγει τον υπολογισμό ήδη αποθηκευμένων τιμών. Γενικά ο αναλυτικός δυναμικός προγραμματισμός είναι προτιμητέος επειδή: Παρέχει μηχανικό τρόπο μετασχηματισμού της λύση ενός προβλήματος Ρυθμίζει αυτόματα τη σειρά υπολογισμού των υποπροβλημάτων Αποφεύγει την επίλυση υποπροβλημάτων που δε χρειάζονται

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 2 size(1) = 12 value(1)= 20 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 size(1) = 12 value(1)= 20 2 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 2 1 size = 20 value = 4 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 size(1) = 12 value(1)= 20 2 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 1 size = 18 value = 1 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 2 2 size = 16 value = 28 size(1) = 12 value(1)= 20 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 2 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 2 size = 20 value = 6 size(1) = 12 value(1)= 20 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 2 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 2 size = 18 value = size(1) = 12 value(1)= 20 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. 1 2 βέλτιστη λύση size = 20 value = 6 size(1) = 12 value(1)= 20 size(2) = 8 value(2)= 14 size() = 6 value()= 11 2 Μ=20

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. static class Item { int size; int val; } Item item[n];... int knap(int M) { int i, space, t, max = 0; for (i = 0; i < N; i++) if ( (space = M items[i].size) >= 0 ) if ( (t = knap(space) + items[i].val > max ) max = t; return max; }

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. static class Item { int size; int val; } Item item[n];... δοκιμάζει όλους τους εφικτούς συνδυασμούς int knap(int M) { εκθετικός χρόνος εκτέλεσης! int i, space, t, max = 0; for (i = 0; i < N; i++) if ( (space = M items[i].size) >= 0 ) if ( (t = knap(space) + items[i].val > max ) max = t; return max; }

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. int knap(int M) { int i, space, t, maxi, max = 0; if ( maxknown[m]!= unknown ) return maxknown[m]; for (i = 0; i < N; i++) if ( (space = M items[i].size) >= 0 ) if ( (t = knap(space) + items[i].val > max ) { max = t; maxi = i; } maxknown[m] = max; itemknown[m] = items[maxi]; return max; }

Το πρόβλημα του σακιδίου (knapsack problem) Έχουμε Ν τύπους αντικειμένων {1,2,,Ν}. Το αντικείμενο k έχει μέγεθος size(k) και αξία value(k). Ο σκοπός μας είναι να γεμίσουμε με τα αντικείμενα αυτά ένα σακίδιο μεγέθους M έτσι ώστε η συνολική αξία των αντικειμένων να είναι η μέγιστη δυνατή. int knap(int M) { int i, space, t, maxi, max = 0; if ( maxknown[m]!= unknown ) return maxknown[m]; for (i = 0; i < N; i++) if ( (space = M items[i].size) >= 0 ) if ( (t = knap(space) + items[i].val > max ) { max = t; maxi = i; } maxknown[m] = max; itemknown[m] = items[maxi]; return max; } Εφαρμόσαμε αναλυτικό δυναμικό προγραμματισμό! Χρόνος εκτέλεσης :