清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

算法是一種藝術,給人感覺很不好接近,但是一旦你和ta熟絡了,你就能發現這門藝術的內在是多麼美妙且多變。

對於前端來說,算法也許不是最重要的,在日常工作中,幾乎很少用到。所以很多人也不是很感冒。

不過呢,有句話這麼說的:面試造火箭,上班擰螺絲。咱們得先學習造火箭,才能有擰螺絲的機會。

莫得辦法,既然想要擰螺絲,就要有好活的老學到老的覺悟。否則連改錐都沒了。

那麼,看題。

給你一個表格,像這樣的:

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

從 (0, 0) 到 (M, N)移動,並假設,每次只能向下或者向右移動一步,那麼,請問一共有多少種不同的路徑。

乍一看,好像可以遍歷,依次向下或者向右找 (i + 1, j) 或者 (i, j + 1), 直至 (N, M)

比如下面這個簡單版本:

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

有六種路徑:

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

整理一下,相當於:

從(0, 0)開始,因為我們只能向下或者向右,所以我們先選擇一條路去走,比如向右,這時候我們就走到了(1, 0)

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

打叉的部分不代表不能走,只是代表當前流程下,我們只能選其一,也就是右

然後我們在(1, 0),繼續走,可以向右或者向下,我們依然選擇向右,這時候我們走到了(2, 0)

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

然後再往下走,直至走到(N, M),

然後(1, 0),選擇另外一條路,因為這僅僅是個 3*3 的表格,所以我們只能向下

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

然後繼續選擇一個方向走直至(M, N)。

如此往復。

這樣的話,其實可以轉換成一個遞歸,也就是從(i, j) => (i + 1, j) | (i, j + 1),然後從(i + 1, j) => (x, y) 這樣的一個遞歸方程式,不過這樣性能是很差的,而且表格一旦規模變大,就會爆棧。

那麼,我們如何有效的解決這個問題呢?

動態規劃

ok,我們再次觀察這個表格,我們其實會發現一個規律,就是套娃。

沒錯,表格把表格套娃了。

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

這樣一來,參考俄羅斯套娃,每個娃娃其實都是一樣的,也就是本質一樣,只不過體量逐漸變大,並且最小的那個娃娃不能繼續套娃,也就是最小的那個娃娃就是起點。

如此一來,我們姑且可以用俄羅斯套娃來翻譯一下這套題。

問:N個俄羅斯套娃合體後的總重量是多少?

答:由於最小的一個套娃無法繼續套,並且可以得知這個套娃的重量,所以:

有二個套娃的時候,重量是最小的加上第二個

有三個套娃的時候,重量是兩個套娃的重量的加上第三個

有四個套娃的時候,重量是三個套娃的重量的加上第四個

.

.

.

.

有N個套娃的時候,重量是(N - 1)個套娃的重量加上第N個

由此,我們可以得到一個式子:

dp(i) = dp(i - 1) + dp(i)

有沒有感覺和表格題有些許類似?

我們可以任意 N * M 的右下角作為結束點,每一個都是一個套娃的角色,可能在當前環中是大套娃,但是到了下一環就成了小套娃,所以這個表格其實就是升級版的套娃。

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

聰明的你,是不是發現了這個升級點在哪?沒錯,就是一次從(1, 1)開始,每次都是套兩個娃,也就是理當前結束點最近的兩個娃 => (1, 0) 和 (0, 1)

這樣一來我們的公式自然而然就出來了,就是:

dp(N, M) = dp(N - 1, M) + dp(N, M - 1)

七點就是當N或者M為0的時候,也就是這個表格為一條直線,所以總路徑都是1

這樣我們的代碼也就很容易寫出來了,並且效率提升,不會有爆棧的問題,還做了之前的緩存。

<code>function taowa(table) {    for (let yLen = table.length, y = yLen - 1; y >= 0; y--) {        for (            let xLen = table[0].length, x = xLen - 1;            x >= 0;            x--        ) {            if (x == xLen - 1 || y == yLen - 1) {                table[y][x] = 1;            } else {                table[y][x] = table[y + 1][x] + table[y][x + 1];            }        }    }    return table[y][x];}/<code>

舉個例子: 4 * 5的表格有多少種路徑?

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

答: 35種

後續看到這,聰明的你會覺得,這個也太簡單了吧,沒錯,算法就是這樣。

難者不會,會者不難。

然後如果稍稍加點改造,可能又會花很長時間去這種類似 套娃 的規律,因為每種套娃的方式都不一樣。

比如,還是這樣表格,不求不同所有路徑數量,將每個cell換成一個數字,求左上角到右下角的經過路徑的路徑內數字相加的最小值。也就是求最優解。

如下圖:

清晰明瞭的JavaScript版動態規劃

這道題的代碼是什麼呢?初學動態規劃的朋友們可以一起討論討論

最後,簡單總結下。

問題總是變幻莫測,只要你能找到其中的規律,一定能找到對應的解法。

對於動態規劃這類問題,有幾個特點:

  1. 有重複子問題(套娃)
  2. 單項(左上 => 右下)
  3. 分析作圖後,結果類似二叉樹


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