news 2026/4/18 10:50:14

4、动态规划:实例、变体与简化方法

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张小明

前端开发工程师

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4、动态规划:实例、变体与简化方法

动态规划:实例、变体与简化方法

1. 离散确定性优化

离散优化问题可通过将每个可行解分解为一系列决策或控制,转化为动态规划(DP)问题。不过,这种转化常因状态数量呈指数级增长,导致DP计算难以处理。但它也为近似DP方法的应用提供了可能,如滚动算法等。

旅行商问题

旅行商问题是一个经典的调度模型。给定N个城市以及每对城市之间的旅行时间,目标是找到一条最短的旅行路线,使旅行商恰好访问每个城市一次并返回起点。

为将该问题转化为DP问题,可构建一个图,其节点为k个不同城市的序列,对应第k阶段的状态。初始状态x0是某个选定的起始城市。一个k - 城市节点通过添加一个新城市转变为(k + 1) - 城市节点,成本为这(k + 1)个城市中最后两个城市之间的旅行时间。每个N - 城市序列都与一个人工终端节点t相连,连接成本为序列中最后一个城市到起始城市的旅行时间。

通过DP算法可得到从每个节点到终端状态的最优成本。然而,节点数量随城市数量N呈指数级增长,这使得对于大规模的旅行商问题,DP求解变得不可行。因此,通常会采用基于DP的近似方法来处理此类问题。

对于一般的离散优化问题:
[
\begin{cases}
\min G(u) \
\text{s.t. } u \in U
\end{cases}
]
其中U是有限的可行解集合,G(u)是成本函数。假设每个解u有N个分量,即(u = (u_1, \ldots, u_N))。可将该问题视为一个顺序决策问题,依次选择分量(u_1, \ldots, u_N)。由解的前k个分量组成的k - 元组((u_1, \ldots

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