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掌握C#中的动态规划技术

article 2024/9/21 19:41:04

C# 中的动态规划（Dynamic Programming, DP）是一种在数学、计算机科学和经济学中使用的，通过把原问题分解为相对简单的子问题的方式求解复杂问题的方法。动态规划通常用于优化问题，特别是那些具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。

在 C# 中实现动态规划算法通常涉及以下几个步骤：

定义状态：首先，需要定义问题的状态，即子问题的解如何表示。这通常是通过数组或字典等数据结构来完成的。
状态转移方程：接下来，需要找到状态之间的转移关系，即如何从已知的子问题解推导出新的子问题解。这通常是通过一个或多个方程（称为状态转移方程）来描述的。
初始化：根据问题的具体情况，需要初始化一些基础状态的值。
填充状态：使用状态转移方程来填充所有状态的值。这通常是通过迭代或递归（但通常更推荐使用迭代以避免重复计算）来实现的。
获取结果：最后，从已填充的状态中读取最终结果。

示例：斐波那契数列

斐波那契数列是一个很好的动态规划入门示例，尽管它也可以通过递归直接解决，但使用动态规划可以显著提高效率。

using System;

class Program
{
    static int Fibonacci(int n)
    {
        if (n <= 1)
            return n;

        // 创建一个数组来保存已经计算过的斐波那契数
        int[] fib = new int[n + 1];
        fib[0] = 0;
        fib[1] = 1;

        // 填充数组
        for (int i = 2; i <= n; i++)
        {
            fib[i] = fib[i - 1] + fib[i - 2];
        }

        // 返回第n个斐波那契数
        return fib[n];
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        int n = 10;
        Console.WriteLine($"Fibonacci({n}) = {Fibonacci(n)}");
    }
}

示例：最长公共子序列（LCS）

LCS 是另一个动态规划的经典问题，它要求找到两个序列共有的最长子序列的长度。

using System;

class Program
{
    static int LCS(string X, string Y, int m, int n)
    {
        // 创建一个二维数组来保存子问题的解
        int[,] L = new int[m + 1, n + 1];

        // 填充 L[][]
        for (int i = 0; i <= m; i++)
        {
            for (int j = 0; j <= n; j++)
            {
                if (i == 0 || j == 0)
                    L[i, j] = 0;
                else if (X[i - 1] == Y[j - 1])
                    L[i, j] = L[i - 1, j - 1] + 1;
                else
                    L[i, j] = Math.Max(L[i - 1, j], L[i, j - 1]);
            }
        }

        // L[m,n] 包含答案
        return L[m, n];
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        string X = "AGGTAB";
        string Y = "GXTXAYB";
        int m = X.Length;
        int n = Y.Length;

        Console.WriteLine($"Length of LCS is {LCS(X, Y, m, n)}");
    }
}