贪心算法(greedy algorithm)是一种常见的解决优化问题的算法,其基本思想是在问题的每个决策阶段,都选择当前看起来最优的选择,即贪心地做出局部最优的决策,以期获得全局最优解。
-
不回溯,不依赖历史,也不预测未来。
-
目标是:通过每一步局部最优 → 达成整体最优(不总能成功)。
一般情况下,贪心算法的适用情况分以下两种。
- 可以保证找到最优解:贪心算法在这种情况下往往是最优选择,因为它往往比回溯、动态规划更高效。
- 可以找到近似最优解:贪心算法在这种情况下也是可用的。对于很多复杂问题来说,寻找全局最优解非常困难,能以较高效率找到次优解也是非常不错的。
相较于动态规划,贪心算法的使用条件更加苛刻,其主要关注问题的两个性质。
- 贪心选择性质:只有当局部最优选择始终可以导致全局最优解时,贪心算法才能保证得到最优解。
- 最优子结构:原问题的最优解包含子问题的最优解。
贪心算法典型例题
贪心算法常常应用在满足贪心选择性质和最优子结构的优化问题中,以下列举了一些典型的贪心算法问题。
- 硬币找零问题:在某些硬币组合下,贪心算法总是可以得到最优解。
- 区间调度问题:假设你有一些任务,每个任务在一段时间内进行,你的目标是完成尽可能多的任务。如果每次都选择结束时间最早的任务,那么贪心算法就可以得到最优解。
- 分数背包问题:给定一组物品和一个载重量,你的目标是选择一组物品,使得总重量不超过载重量,且总价值最大。如果每次都选择性价比最高(价值 / 重量)的物品,那么贪心算法在一些情况下可以得到最优解。
- 股票买卖问题:给定一组股票的历史价格,你可以进行多次买卖,但如果你已经持有股票,那么在卖出之前不能再买,目标是获取最大利润。
- 霍夫曼编码:霍夫曼编码是一种用于无损数据压缩的贪心算法。通过构建霍夫曼树,每次选择出现频率最低的两个节点合并,最后得到的霍夫曼树的带权路径长度(编码长度)最小。
- Dijkstra 算法:它是一种解决给定源顶点到其余各顶点的最短路径问题的贪心算法。