动态规划的关键是“重叠子问题”和“最优子结构”。问题的这些性质意味着最优解是由它的子问题的最优解组成的。例如，最短路径问题具有最优子结构。从A到C的最短路径是从A到某个节点B的最短路径，后面跟着从该节点B到C的最短路径。

更详细地说，要解决最短路径问题，您将:

求出从起始节点到触及它的每个节点的距离(比如从A到B和C) 求出这些节点到与其接触的节点的距离(从B到D和E，以及从C到E和F) 我们现在知道了从A到E的最短路径:它是我们访问过的某个节点x的A-x和x-E的最短和(B或C) 重复这个过程，直到到达最终的目标节点

因为我们是自下而上地工作，所以当需要使用这些子问题时，我们已经通过记忆它们得到了它们的解决方案。

记住，动态规划问题必须有重叠的子问题和最优的子结构。斐波那契数列的生成不是一个动态规划问题;它利用记忆，因为它有重叠的子问题，但它没有最优的子结构(因为不涉及优化问题)。

动态规划

定义

动态规划(DP)是求解问题的一种通用算法设计技术 带有重叠子问题的问题。这项技术是美国人发明的 数学家理查德·贝尔曼在20世纪50年代。

关键理念

其关键思想是保存重叠的小问题的答案，以避免重新计算。

动态规划属性

使用较小实例的解决方案求解实例。 较小实例的解决方案可能需要多次使用， 所以把结果存储在一个表中。 因此，每个较小的实例只解决一次。 额外的空间被用来节省时间。

动态规划的关键是“重叠子问题”和“最优子结构”。问题的这些性质意味着最优解是由它的子问题的最优解组成的。例如，最短路径问题具有最优子结构。从A到C的最短路径是从A到某个节点B的最短路径，后面跟着从该节点B到C的最短路径。

更详细地说，要解决最短路径问题，您将:

求出从起始节点到触及它的每个节点的距离(比如从A到B和C) 求出这些节点到与其接触的节点的距离(从B到D和E，以及从C到E和F) 我们现在知道了从A到E的最短路径:它是我们访问过的某个节点x的A-x和x-E的最短和(B或C) 重复这个过程，直到到达最终的目标节点

因为我们是自下而上地工作，所以当需要使用这些子问题时，我们已经通过记忆它们得到了它们的解决方案。

记住，动态规划问题必须有重叠的子问题和最优的子结构。斐波那契数列的生成不是一个动态规划问题;它利用记忆，因为它有重叠的子问题，但它没有最优的子结构(因为不涉及优化问题)。

记忆是指存储函数调用之前的结果(给定相同的输入，真正的函数总是返回相同的结果)。在存储结果之前，算法的复杂性并没有什么不同。

递归是函数调用自身的方法，通常使用较小的数据集。由于大多数递归函数可以转换为类似的迭代函数，这对算法复杂性也没有影响。

动态规划是解决较容易解决的子问题，并由此建立答案的过程。大多数DP算法将处于贪婪算法(如果存在的话)和指数算法(枚举所有可能性并找到最佳的一个)之间的运行时间。

DP算法可以用递归来实现，但它们不必这样做。 DP算法不能通过记忆来加速，因为每个子问题只被解决(或“solve”函数被调用)一次。

这是对算法的优化，可以减少运行时间。

虽然贪婪算法通常被称为朴素算法，因为它可能在同一组数据上运行多次，但动态规划通过对必须存储的部分结果的更深入理解来避免这个陷阱，以帮助构建最终解决方案。

一个简单的例子是只遍历树或图中对解决方案有贡献的节点，或者将迄今为止找到的解决方案放入表中，这样就可以避免反复遍历相同的节点。

下面是一个适合动态规划的例子，来自UVA的在线评委:Edit Steps Ladder。

我将简要介绍这个问题分析的重要部分，摘自《编程挑战》一书，我建议你去看看。

Take a good look at that problem, if we define a cost function telling us how far appart two strings are, we have two consider the three natural types of changes: Substitution - change a single character from pattern "s" to a different character in text "t", such as changing "shot" to "spot". Insertion - insert a single character into pattern "s" to help it match text "t", such as changing "ago" to "agog". Deletion - delete a single character from pattern "s" to help it match text "t", such as changing "hour" to "our". When we set each of this operations to cost one step we define the edit distance between two strings. So how do we compute it? We can define a recursive algorithm using the observation that the last character in the string must be either matched, substituted, inserted or deleted. Chopping off the characters in the last edit operation leaves a pair operation leaves a pair of smaller strings. Let i and j be the last character of the relevant prefix of and t, respectively. there are three pairs of shorter strings after the last operation, corresponding to the string after a match/substitution, insertion or deletion. If we knew the cost of editing the three pairs of smaller strings, we could decide which option leads to the best solution and choose that option accordingly. We can learn this cost, through the awesome thing that's recursion: #define MATCH 0 /* enumerated type symbol for match */ #define INSERT 1 /* enumerated type symbol for insert */ #define DELETE 2 /* enumerated type symbol for delete */ int string_compare(char *s, char *t, int i, int j) { int k; /* counter */ int opt[3]; /* cost of the three options */ int lowest_cost; /* lowest cost */ if (i == 0) return(j * indel(’ ’)); if (j == 0) return(i * indel(’ ’)); opt[MATCH] = string_compare(s,t,i-1,j-1) + match(s[i],t[j]); opt[INSERT] = string_compare(s,t,i,j-1) + indel(t[j]); opt[DELETE] = string_compare(s,t,i-1,j) + indel(s[i]); lowest_cost = opt[MATCH]; for (k=INSERT; k<=DELETE; k++) if (opt[k] < lowest_cost) lowest_cost = opt[k]; return( lowest_cost ); } This algorithm is correct, but is also impossibly slow. Running on our computer, it takes several seconds to compare two 11-character strings, and the computation disappears into never-never land on anything longer. Why is the algorithm so slow? It takes exponential time because it recomputes values again and again and again. At every position in the string, the recursion branches three ways, meaning it grows at a rate of at least 3^n – indeed, even faster since most of the calls reduce only one of the two indices, not both of them. So how can we make the algorithm practical? The important observation is that most of these recursive calls are computing things that have already been computed before. How do we know? Well, there can only be |s| · |t| possible unique recursive calls, since there are only that many distinct (i, j) pairs to serve as the parameters of recursive calls. By storing the values for each of these (i, j) pairs in a table, we can avoid recomputing them and just look them up as needed. The table is a two-dimensional matrix m where each of the |s|·|t| cells contains the cost of the optimal solution of this subproblem, as well as a parent pointer explaining how we got to this location: typedef struct { int cost; /* cost of reaching this cell */ int parent; /* parent cell */ } cell; cell m[MAXLEN+1][MAXLEN+1]; /* dynamic programming table */ The dynamic programming version has three differences from the recursive version. First, it gets its intermediate values using table lookup instead of recursive calls. **Second,**it updates the parent field of each cell, which will enable us to reconstruct the edit sequence later. **Third,**Third, it is instrumented using a more general goal cell() function instead of just returning m[|s|][|t|].cost. This will enable us to apply this routine to a wider class of problems.

这里，对收集最优部分结果所需要的内容进行了非常具体的分析，是什么使解决方案成为“动态”解决方案。

这是同样问题的另一个完整的解决方案。它也是一个“动态的”游戏，尽管其执行方式有所不同。我建议你把它提交给弗吉尼亚大学的在线评委，看看这个解决方案有多有效。如此沉重的问题竟能如此有效地解决，我感到惊奇。

动态规划是求解具有重叠子问题的问题的一种技术。 动态规划算法只解决每个子问题一次，然后 将答案保存在一个表(数组)中。 避免每次遇到子问题时重新计算答案的工作。 动态规划的基本思想是: 避免计算相同的东西两次，通常是通过保留子问题的已知结果表。

动态规划算法开发的七个步骤如下:

建立递归属性，给出问题实例的解决方案。 根据递归特性开发递归算法 看看同一个问题的实例是否在递归调用中被一次又一次地解决 开发一个记忆递归算法 查看在内存中存储数据的模式 将记忆递归算法转化为迭代算法 根据需要使用存储对迭代算法进行优化(存储优化)