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贪心算法与动态规划的区别

贪心算法:每一步都选择当前最优解,期望通过局部最优达到全局最优。

动态规划:通过分解问题为子问题,存储并重用子问题的解,避免重复计算。

最简单的JS ACM代码举例

贪心算法:找零问题
 
function greedyCoinChange(coins, amount) {
    coins.sort((a, b) => b - a); // 从大到小排序
    let result = [];
    for (let coin of coins) {
        while (amount >= coin) {
            result.push(coin);
            amount -= coin;
        }
    }
    return result;
}

console.log(greedyCoinChange([1, 5, 10, 25], 36)); // 输出: [25, 10, 1]

为什么是while不是if?
 

while (amount >= coin) 

 这里的意思是:只要当前金额 amount 大于或等于当前硬币面值 coin,就一直使用当前面值的硬币,直到金额小于当前硬币面值为止。换句话说,while 会尽可能多地使用当前面值的硬币来减少金额。

if (amount >= coin) 

这里的意思是:如果当前金额 amount 大于或等于当前硬币面值 coin,就使用一枚硬币,将硬币加入结果数组,并减少金额。但是,if 只会执行一次判断,也就是说,它只会尝试使用一枚当前面值的硬币,然后就跳过当前硬币,转而处理下一个硬币。 

动态规划:斐波那契数列
 

function fibonacci(n) {
    let dp = [0, 1];
    for (let i = 2; i <= n; i++) {
        dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
    }
    return dp[n];
}

console.log(fibonacci(10)); // 输出: 55

区别总结

  • 贪心算法:每一步选择当前最优,不保证全局最优。

  • 动态规划:通过存储子问题的解,确保全局最优。

 贪心算法from top to down, 动态规划 from bottom to up


为什么用贪心算法?

  1. 简单高效

    • 贪心算法通常实现简单,代码量少,运行速度快。

    • 动态规划需要存储子问题的解,空间和时间复杂度较高。

  2. 适用于特定问题

    • 对于一些特殊问题(如硬币面额是倍数关系),贪心算法可以得到全局最优解。

    • 例如,如果硬币面额是 [1, 5, 10, 25],贪心算法在找零问题中总是最优的。

  3. 近似解

    • 当问题规模很大时,动态规划可能无法在合理时间内求解,而贪心算法可以快速给出一个近似解。

  4. 实际问题中的权衡

    • 在某些实际场景中,全局最优解并不是必须的,一个接近最优的解已经足够。


为什么用动态规划?

  1. 保证全局最优

    • 动态规划通过分解问题为子问题,并存储子问题的解,确保找到全局最优解。

  2. 适用范围广

    • 动态规划可以解决更复杂的问题,尤其是当贪心算法无法保证最优解时。

  3. 避免重复计算

    • 动态规划通过记忆化(存储子问题的解)避免了重复计算,提高了效率。


贪心算法 vs 动态规划:找零问题

以找零问题为例:

  • 贪心算法

    • 简单高效,但可能不是全局最优。

    • 例如,硬币面额为 [1, 3, 4],目标是 6

      • 贪心算法返回 [4, 1, 1](3 个硬币)。

      • 实际最优解是 [3, 3](2 个硬币)。

  • 动态规划

    • 保证全局最优,但实现复杂。

    • 对于同样的问题,动态规划会返回 [3, 3]


什么时候用贪心算法?

  1. 问题具有贪心选择性质

    • 即局部最优解能导致全局最优解。

    • 例如,硬币面额是倍数关系时,贪心算法总是最优。

  2. 问题规模大,需要快速求解

    • 动态规划可能无法在合理时间内求解,而贪心算法可以快速给出一个解。

  3. 近似解足够

    • 当全局最优解不是必须时,贪心算法是一个很好的选择。

动态规划的找零问题实现

以下是动态规划的找零问题实现,保证全局最优:
 

function dpCoinChange(coins, amount) {
    let dp = new Array(amount + 1).fill(Infinity); // 初始化 dp 数组
    dp[0] = 0; // 金额为 0 时需要 0 个硬币

    for (let i = 1; i <= amount; i++) {
        for (let coin of coins) {
            if (i - coin >= 0) {
                dp[i] = Math.min(dp[i], dp[i - coin] + 1);
            }
        }
    }

    return dp[amount] === Infinity ? -1 : dp[amount]; // 返回最小硬币数
}

console.log(dpCoinChange([1, 3, 4], 6)); // 输出: 2 (最优解是 [3, 3])

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