算法：记忆性搜索算法

转载：JYRoy（转载文章，方便自己回忆） 

一：简述

　　记忆化搜索实际上是递归来实现的，但是递归的过程中有许多的结果是被反复计算的，这样会大大降低算法的执行效率。

　　而记忆化搜索是在递归的过程中，将已经计算出来的结果保存起来，当之后的计算用到的时候直接取出结果，避免重复运算，因此极大的提高了算法的效率。

二：应用实例

　　题目描述

　　对于一个递归函数w(a,b,c)

• 如果 a<=0 or b<=0  or  c<=0 就返回值1.
• 如果 a>20 or b>20 or c>20就返回w(20,20,20)
  
• 如果 a<b并且b<c 就返回w(a,b,c-1)+w(a,b-1,c-1)-w(a,b-1,c)
  
• 其它的情况就返回w(a-1,b,c)+w(a-1,b-1,c)+w(a-1,b,c-1)-w(a-1,b-1,c-1)

　　这是个简单的递归函数，但实现起来可能会有些问题。当a,b,c均为15时，调用的次数将非常的多。你要想个办法才行.

　　/* absi2011 : 比如 w(30,-1,0)既满足条件1又满足条件2

　　这种时候我们就按最上面的条件来算

　　所以答案为1

　　*/

　　输入输出格式

　　输入格式：

　　会有若干行。

　　并以-1,-1,-1结束。

　　保证输入的数在[-9223372036854775808,9223372036854775807]之间，并且是整数。

 　输出格式：

 　　输出若干行，每一行格式：

　　w(a, b, c) = ans

　　注意空格。

　　输入输出样例

　　输入样例#1： 

　　1 1 1
　　2 2 2
　　10 4 6
　　50 50 50
　　-1 7 18
　　-1 -1 -1

　　输出样例#1： 

　　w(1, 1, 1) = 2
　　w(2, 2, 2) = 4
　　w(10, 4, 6) = 523
　　w(50, 50, 50) = 1048576
　　w(-1, 7, 18) = 1

---

　　
　　这是一个非常经典的记忆化搜索的题目。
　　拿到这个题，首先可以想到的就是递归的方法，看上去用递归可以轻而易举的解决。但是递归的开销是不一般的大。下面先给大家上一个递归的代码，以便和之后的记忆化搜索的进行对比。
　　（注：此法若例子为15 15 15，执行会半小时以上，并没有优化代码）
　　

 1 #include<iostream>
 2 #include<cstdio>
 3 #include <time.h>    //用来记时 
 4 using namespace std;
 5 clock_t start, finish;
 6 double duration;
 7 
 8 typedef long long ll;
 9 ll f[30][30][30];
10 
11 int w(ll a, ll b, ll c){      //递归的函数 
12     if(a<=0||b<=0||c<=0){
13         return 1;
14     }
15     else if(a>20||b>20||c>20){
16         return w(20,20,20);
17     }
18     else if(a<b&&b<c){
19         return w(a,b,c-1) + w(a,b-1,c-1) - w(a,b-1,c);
20     }
21     else{
22         return w(a-1,b,c)+w(a-1,b-1,c)+w(a-1,b,c-1)-w(a-1,b-1,c-1);
23     }
24 }
25 
26 int main(){
27     ll a, b, c;
28     while(1){
29         cin >> a >> b >> c;
30         start = clock();    //开始计时 
31         if(a==-1&&b==-1&&c==-1) return 0;
32         else{
33             printf("w(%lld, %lld, %lld) = %d\n", a, b, c, w(a, b, c));
34             finish = clock();    //结束记时 
35             duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC;   //计算持续时间 
36             printf( "%f seconds\n", duration );
37         }
38     }
39     return 0;
40 } 

　　运行结果

 

记忆化搜索解法#

　　开辟一个数组 f[][][]，用来存储计算出来的结果。

　　关于数组的大小：因为题目中给出了一个条件 “ 如果 a>20 or b>20 or c>20就返回w(20,20,20) ” 那么数组只要最小开到 f[21][21][21]就够用了。

　　具体的步骤看代码中的注解。

 1 #include<iostream>
 2 #include<cstdio>
 3 #include <time.h>   
 4 using namespace std;
 5 clock_t start, finish;
 6 double duration;
 7 
 8 typedef long long ll;
 9 ll f[30][30][30];
10 
11 int w(ll a, ll b, ll c){
12     if(a<=0||b<=0||c<=0){
13         return 1;
14     }
15     else if(a>20||b>20||c>20){
16         return w(20,20,20);
17     }
18     else if(f[a][b][c]!=0)return f[a][b][c];   //如果之前被计算过，那么直接返回存在数组中的结果 
19                                                 //没有计算过的，就进行的计算 
20     else if(a<b&&b<c){                            
21         f[a][b][c] = w(a,b,c-1) + w(a,b-1,c-1) - w(a,b-1,c);
22     }
23     else{
24         f[a][b][c]=w(a-1,b,c)+w(a-1,b-1,c)+w(a-1,b,c-1)-w(a-1,b-1,c-1);
25     }
26     return f[a][b][c];            //计算完毕之后返回计算出的结果 
27 }
28 
29 int main(){
30     ll a, b, c;
31     while(1){
32         cin >> a >> b >> c;
33         start = clock();    //开始计时 
34         if(a==-1&&b==-1&&c==-1) return 0;
35         else{
36             printf("w(%lld, %lld, %lld) = %d\n", a, b, c, w(a, b, c));
37             finish = clock();    //结束记时 
38             duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC;   //计算持续时间 
39             printf( "%f seconds\n", duration );
40         } 
41     }
42     return 0;
43 } 

　　

　　运行结果

　　大家和递归的运行时间对比一下就可以看出，当递归的次数多了之后，效率要高出很多。

三：总结过程　

　根据上面的题，可以总结一个记忆化搜索的过程。（注：原创作者此总结很精妙）

 1 f（problem p）{
 2     if(p has been solved){
 3          return the result      
 4     }else{
 5          divide the p into some sub-problems (p1, p2, p3...)
 6          f(p1);
 7          f(p2);
 8          f(p3);
 9          ...
10     }