【数据结构与算法python】递归算法的记忆化存储

tech2023-07-27  131

1、引入(找零兑换问题 )

假设你为一家自动售货机厂家编程序,自动售货机要每次找给顾客最少数量硬币; 假设某次顾客投进$1纸币,买了ȼ37的东西,要找ȼ63,那么最少数量就是: 2个quarter(ȼ25)、 1个dime(ȼ10)和3个penny(ȼ1),一共6个

2、思想

首先是确定基本结束条件, 兑换硬币这个问题最简单直接的情况就是, 需要兑换的找零, 其面值正好等于某种硬币,如找零25分,答案就是1个硬币! 其次是减小问题的规模, 我们要对每种硬币尝试1次, 例如美元硬币体系: 找零减去1分(penny)后,求兑换硬币最少数量(递归调用自身); 找零减去5分(nikel)后,求兑换硬币最少数量 找零减去10分(dime)后,求兑换硬币最少数量 找零减去25分(quarter)后,求兑换硬币最少数量 上述4项中选择最小的一个。 最后,就是去调用函数自身。

3、代码实现

def recMC(coinValueList,change): minCoins = change if change in coinValueList: return 1 else: for i in [c for c in coinValueList if c<=change]: numCoins = 1+recMC(coinValueList,change-i) if numCoins <= minCoins: minCoins = numCoins return minCoins print(time.time()) print(recMC([1,5,10,25],63)) print(time.time())

4、算法分析

递归解法虽然能解决问题, 但其最大的问题是: 极! 其! 低! 效! 对63分的兑换硬币问题,需要进行67,716,925次递归调用! 如找零15分的,出现了3次!而它最终解决还要52次递归调用,很明显,这个算法致命缺点是重复计算。

5、算法改进

(1)分析

对这个递归解法进行改进的关键就在于消除重复计算,我们可以用一个表将计算过的中间结果保存起来,在计算之前查表看看是否已经计算过,这个算法的中间结果就是部分找零的最优解, 在递归调用过程中已经得到的最优解被记录下来,在递归调用之前,先查找表中是否已有部分找零的最优解,如果有, 直接返回最优解而不进行递归调用,如果没有,才进行递归调用 这种方法叫做“memoization(记忆化/函数值缓存) ”的技术,能提高递归解法的性能。

(2)代码实现

def recDC(coinValueList,change,knownResults): minCoins = change if change in coinValueList: knownResults[change] = 1 return 1 elif knownResults[change]>0: return knownResults[change] else: for i in [c for c in coinValueList if c<=change]: numCoins = 1+recDC(coinValueList,change-i,knownResults) if numCoins <= minCoins: minCoins = numCoins knownResults[change] = minCoins return minCoins print(time.time()) print(recDC([1,5,10,25],63,[0]*64)) print(time.time())
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