矩阵链相乘（动态规划法）

问题分析

矩阵链相乘问题是一个经典的动态规划问题。给定一系列矩阵，目标是找到一种最优的乘法顺序，使得所有矩阵相乘所需的标量乘法次数最少。矩阵链相乘问题的关键在于利用动态规划来避免重复计算子问题。

算法设计

定义子问题：设 𝑤[𝑖,𝑗]表示计算矩阵 𝐴𝑖 到 𝐴𝑗的最小乘法次数。
递归关系 ：根据递归关系式：

其中 𝑝 是矩阵的维度数组，𝑝𝑖表示第 𝑖个矩阵的行数，表示第 𝑖个矩阵的列数。
w[i,j] 表示第 i个矩阵到第 j个矩阵，路径上的矩阵链的最小代价
代表从最优子解向它的最优父解构造时需要的代价
边界条件：当 𝑖=𝑗 时，𝑤[𝑖,𝑗]=0，因为单个矩阵不需要乘法。
计算顺序：从小规模问题开始，逐步计算较大规模问题。

其他的情况以此类推.....

伪代码

cpp 复制代码

function MatrixChainOrder(p):
    n = length(p) - 1
    let w be a 2D array of size n x n
    for i = 1 to n:
        w[i, i] = 0
    for l = 2 to n:  // l is the chain length
        for i = 1 to n - l + 1:
            j = i + l - 1
            w[i, j] = infinity
            for k = i to j - 1:
                q = w[i, k] + w[k + 1, j] + p[i - 1] * p[k] * p[j]
                if q < w[i, j]:
                    w[i, j] = q
    return w[1, n]

C实现

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

void MatrixChainOrder(int p[], int n) {
    int w[n][n];
    int i, j, k, l, q;

    for (i = 1; i < n; i++)
        w[i][i] = 0;

    for (l = 2; l < n; l++) {
        for (i = 1; i < n - l + 1; i++) {
            j = i + l - 1;
            w[i][j] = INT_MAX;
            for (k = i; k <= j - 1; k++) {
                q = w[i][k] + w[k + 1][j] + p[i - 1] * p[k] * p[j];
                if (q < w[i][j])
                    w[i][j] = q;
            }
        }
    }

    printf("Minimum number of multiplications is %d\n", w[1][n - 1]);
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    MatrixChainOrder(arr, size);

    return 0;
}

结果如下：

总结

时间复杂度：算法的时间复杂度描述了算法执行所需要的时间与输入规模之间的关系。对于矩阵链相乘问题的动态规划算法，其时间复杂度通常为 𝑂(𝑛3)O(n3)，其中 𝑛n 表示矩阵链中矩阵的个数。这样的时间复杂度在实际应用中通常是可以接受的。

空间复杂度：算法的空间复杂度描述了算法所需的额外空间与输入规模之间的关系。对于矩阵链相乘问题的动态规划算法，通常需要创建一个二维数组来存储子问题的解，因此空间复杂度为 𝑂(𝑛2)O(n2)。空间复杂度较低，适用于大部分计算机内存空间充足的情况。

初来乍到，蠢蠢小白，欢迎各路大神批评指正！！