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动态编程变得简单:带有 JavaScript 示例的初学者指南

来源:dev.to 2024-09-19 12:00:49 0浏览 收藏

大家好,今天本人给大家带来文章《动态编程变得简单:带有 JavaScript 示例的初学者指南》,文中内容主要涉及到,如果你对文章方面的知识点感兴趣,那就请各位朋友继续看下去吧~希望能真正帮到你们,谢谢!

动态编程变得简单:带有 JavaScript 示例的初学者指南

通过 javascript 中的动态编程释放高效解决问题的能力。

介绍

您想提高编程中解决问题的能力吗? 动态规划(dp)是一种强大的技术,可以帮助您高效地解决复杂问题。本初学者指南将通过 javascript 示例向您介绍动态编程,使其易于掌握并应用于实际场景。

您将学到什么:

  • 动态规划的基本概念
  • 记忆和制表之间的差异
  • 如何用 javascript 实现 dp 并结合实例
  • 识别 dp 问题并应用正确策略的技巧

什么是动态规划?

动态规划是一种优化技术,用于通过将问题分解为更简单的子问题来解决问题。当问题涉及重叠子问题和最优子结构时,它特别有用。

关键概念

  1. 最优子结构:如果问题的最优解包含其子问题的最优解,则问题表现出最优子结构。

  2. 重叠子问题:问题可以分解为多次重复使用的子问题。


记忆与制表

动态编程可以通过两种方式实现:记忆(自上而下的方法)和制表(自下而上的方法)。

记忆(自上而下)

记忆化涉及存储昂贵的函数调用的结果,并在相同的输入再次发生时返回缓存的结果。

何时使用:

  • 自然递归结构
  • 需要避免冗余计算

javascript 示例:具有记忆功能的斐波那契数列

function fibmemo(n, memo = {}) {
    if (n <= 1) return n;
    if (memo[n]) return memo[n];
    memo[n] = fibmemo(n - 1, memo) + fibmemo(n - 2, memo);
    return memo[n];
}

// example usage:
console.log(fibmemo(10)); // output: 55

制表(自下而上)

制表通过从基本情况开始迭代地填充表格(数组)来解决问题。

何时使用:

  • 首选迭代方法
  • 所有子问题都需要至少解决一次

javascript 示例:带有制表的斐波那契数列

function fibtab(n) {
    if (n <= 1) return n;
    const fibtable = [0, 1];
    for (let i = 2; i <= n; i++) {
        fibtable[i] = fibtable[i - 1] + fibtable[i - 2];
    }
    return fibtable[n];
}

// example usage:
console.log(fibtab(10)); // output: 55

在 javascript 中实现动态编程

让我们探索如何应用动态编程来使用 javascript 解决实际问题。

1. 爬楼梯问题

问题陈述:

你正在爬一个有 n 级台阶的楼梯。您一次可以爬 1 或 2 级台阶。你可以通过多少种不同的方式登上顶峰?

具有记忆功能的动态编程解决方案:

function climbstairs(n, memo = {}) {
    if (n <= 2) return n;
    if (memo[n]) return memo[n];
    memo[n] = climbstairs(n - 1, memo) + climbstairs(n - 2, memo);
    return memo[n];
}

// example usage:
console.log(climbstairs(5)); // output: 8

说明:

  • 问题有重叠的子问题(多次计算climbstairs(n - 1) 和climbstairs(n - 2))。
  • 记忆化存储这些结果,减少冗余计算。

2. 硬币找零问题

问题陈述:

给定一系列硬币面额和总金额,找到达到该金额所需的最少硬币数量。

带制表的动态规划解决方案:

function coinchange(coins, amount) {
    const dp = array(amount + 1).fill(infinity);
    dp[0] = 0;
    for (let coin of coins) {
        for (let i = coin; i <= amount; i++) {
            dp[i] = math.min(dp[i], dp[i - coin] + 1);
        }
    }
    return dp[amount] === infinity ? -1 : dp[amount];
}

// example usage:
console.log(coinchange([1, 2, 5], 11)); // output: 3

说明:

  • 我们建立一个表 dp,其中每个条目 dp[i] 代表数量 i 所需的最少硬币。
  • 通过迭代更新dp,我们找到最优解。

认识动态规划问题

动态编程并不总是首选解决方案。以下是识别 dp 问题的方法:

  1. 最优子结构:问题能否分解为子问题,其解决方案会导致最优解?

  2. 重叠子问题:您是否多次解决同一个子问题?

常见 dp 问题类别:

  • 斐波那契数列
  • 爬楼梯
  • 背包问题
  • 最长公共子序列
  • 矩阵链乘法

提示和最佳实践

  • 从递归解决方案开始:在优化之前递归地理解问题。

  • 清楚地定义状态:识别代表子问题状态的变量。

  • 选择正确的方法:根据问题的性质在记忆和制表之间做出决定。

  • 优化空间复杂性:尽可能通过仅存储必要的数据来减少空间使用。

  • 使用小输入进行测试:使用小测试用例验证您的解决方案以确保正确性。


其他 javascript 示例

最长公共子序列 (lcs)

问题陈述:

给定两个字符串,找到它们的最长公共子序列的长度。

动态规划解决方案:

function lcs(str1, str2) {
    const m = str1.length;
    const n = str2.length;
    const dp = Array(m + 1).fill(null).map(() => Array(n + 1).fill(0));

    for (let i = 1; i <= m; i++) {
        for (let j = 1; j <= n; j++) {
            if (str1[i - 1] === str2[j - 1]) {
                dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
            } else {
                dp[i][j] = Math.max(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]);
            }
        }
    }
    return dp[m][n];
}

// Example Usage:
console.log(lcs("AGGTAB", "GXTXAYB")); // Output: 4

结论

动态规划是一种有效解决复杂问题的宝贵技术。通过理解核心概念并练习 javascript 示例,您可以增强解决问题的工具包。

要点:

  • 动态规划通过存储子问题的解决方案进行优化。
  • 根据问题在记忆和制表之间进行选择。
  • 实践对于有效认识和解决dp问题至关重要。

常见问题解答

q1:什么时候应该使用动态规划?

a1:当问题可以分解为具有最佳子结构的重叠子问题时,使用动态规划。

问题2:记忆和制表有什么区别?

a2:记忆化是一种自上而下的方法,在递归期间存储结果。制表是一种自下而上的方法,迭代地构建表格。

q3:如何识别动态规划问题?

a3:寻找解决方案涉及根据先前计算做出决策以及子问题重复的问题。


进一步阅读

  • 书籍:

    • cormen、leiserson、rivest 和 stein 的算法简介
    • robert sedgewick 和 kevin wayne 的算法
  • 在线资源:

    • leetcode 上的动态规划
    • geeksforgeeks 动态编程教程

通过掌握 javascript 动态编程技术来提高您的编码技能。从今天开始应用这些策略来更有效地解决复杂问题!

到这里,我们也就讲完了《动态编程变得简单:带有 JavaScript 示例的初学者指南》的内容了。个人认为,基础知识的学习和巩固,是为了更好的将其运用到项目中,欢迎关注golang学习网公众号,带你了解更多关于的知识点!

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