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    深入理解動態規劃的一系列問題(4)

    第四個動態規劃問題是 最優分配問題(Optimal Allotment Problem:ALLOT),其問題描述是:有M個單位的資源,有N個人,把d個單位的資源分配給某個人有一定的成本,如何分配這些資源給這N個人,能使成本最小。這顯然是一個典型的DP問題,組合優化策略,解決這個問題,首先就是要抽象DPFE動態規劃方程,假設M個單位的資源,N個人,把d個單位資源分配給編號為k的人的成本計算方式為C(k,d),0≤d≤M,1≤k≤N。回想我們列DPFE方程的思路,首先要想到的就是狀態,如何定義一個狀態,狀態總是針對總體,總共就M個單位的資源,N個人,那么我們不妨定義狀態(k,m),其中k為已經分配到第k個人,m為此時所剩余的資源單位。于是把這個過程擴展,以k為分析點,此時對下一個人進行d個單位資源的分配,于是對于下一個過程,就應該是第k+1個人,總共剩余m-d個單位的資源,表示為狀態(k+1,m-d)。這樣,我們的DPFE也就初現端倪了:f(k,m)=min{C(k,d)+f(k+1,m-d)}。目標函數是計算f(1,M),基本條件是f(N+1,m)=0當m≥0。

    我們把問題具體化,有4個蘋果,要分給3個小朋友,小朋友按照1-3編號,每個小朋友拿到一定個數蘋果后會哭鬧一段時間(因為他們是小朋友,所以會哭鬧),具體時間表如下:

    C(k,d)=[

                ∞,1.0,0.8,0.4,0.0

                ∞,1.0,0.5,0.0,0.0

                ∞,1.0,0.6,0.3,0.0

               ], 1≤k≤3, 0≤d≤4

    k是小朋友編號,d是分給小朋友的蘋果數,可以看到,當分給小朋友0個蘋果時(不分蘋果),那么小朋友會無休止的哭鬧,而把全部(4個)蘋果全部分給一個小朋友時,小朋友不會哭鬧(0時間)。那么根據這個時間,提供一個最優的分蘋果方案,使得小朋友們拿到蘋果后的哭鬧時間最短。

    那么,根據這個具體問題,我們抽象的結果就是f(1,4)=1.0+0.5+1.0=2.5,最優分布是d1=1.0,d2=0.5,d3=1.0,這樣的分配方案。具體解法見source code:

       1: /*
       2:  * Copyright (C) 2013 changedi
       3:  *
       4:  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
       5:  * you may not use this file except in compliance with the License.
       6:  * You may obtain a copy of the License at
       7:  *
       8:  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
       9:  *
      10:  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
      11:  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
      12:  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
      13:  * See the License for the specific language governing permissions and
      14:  * limitations under the License.
      15:  */
      16: package com.jybat.dp;
      17:  
      18: import java.util.HashMap;
      19: import java.util.Map;
      20:  
      21: public class ALLOT {
      22:  
      23:     private static int N = 3;
      24:     private static int M = 4;
      25:     
      26:     private static final double INF=Double.MAX_VALUE;
      27:     
      28:     private static Map<Integer,Integer> choices = new HashMap<Integer,Integer>();
      29:     
      30:     private static final double [][] c = {
      31:         {INF,1.0,0.8,0.4,0.0},
      32:         {INF,1.0,0.5,0.0,0.0},
      33:         {INF,1.0,0.6,0.3,0.0}
      34:     };
      35:     
      36:     private static double cost(int k, int d) {
      37:         return c[k-1][d];
      38:     }
      39:     
      40:     public static double f(int k, int m){
      41:         if(k>N&&m>=0) return 0.0;
      42:         else{
      43:             double mm = Double.MAX_VALUE;
      44:             int dispatch = -1;
      45:             for(int d=0;d<=m;d++){
      46:                 double t = cost(k,d)+f(k+1,m-d);
      47:                 if(t<mm) {
      48:                     mm = t;
      49:                     dispatch = d;
      50:                 }
      51:             }
      52:             if(!choices.containsKey(k))
      53:                 choices.put(k, Integer.MAX_VALUE);
      54:             if(mm<choices.get(k))
      55:                 choices.put(k,dispatch);                
      56:             return mm;
      57:         }
      58:     }
      59:     /**
      60:      * @param args
      61:      */
      62:     public static void main(String[] args) {
      63:         double minCost = f(1,M);
      64:         System.out.println("min cost is : "+minCost);
      65:         System.out.print("solution is : ");
      66:         for(int i=1;i<=N;i++){            
      67:             System.out.print(choices.get(i));
      68:             if(i<N)
      69:                 System.out.print(",");
      70:         }
      71:     }
      72:  
      73: }

    PS:因為考慮到這里的選擇不是很長的代碼,可能不影響理解DP,所以把記錄選擇方案的代碼也加進來了。

    posted on 2014-04-01 11:09 changedi 閱讀(1824) 評論(4)  編輯  收藏 所屬分類: 算法

    評論

    # re: 深入理解動態規劃的一系列問題(4) 2014-04-01 21:21 施工隊伍

    這個問題是很值得規劃的啊  回復  更多評論   

    # re: 深入理解動態規劃的一系列問題(4) 2014-04-02 13:00 萬利鎖業

    期待更新啊  回復  更多評論   

    # re: 深入理解動態規劃的一系列問題(4) 2014-04-03 11:11 護欄

    來看看那  回復  更多評論   

    # re: 深入理解動態規劃的一系列問題(4) 2014-04-04 10:22 柚子舍

    準備好好學習下java  回復  更多評論   

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