【漫话机器学习系列】066.贪心算法(Greedy Algorithms)

贪心算法(Greedy Algorithms)

贪心算法是一种逐步构建解决方案的算法,每一步都选择当前状态下最优的局部选项(即"贪心选择"),以期望最终获得全局最优解。贪心算法常用于解决最优化问题。


核心思想

  1. 贪心选择性质

    在每一步选择中,通过选择当前的局部最优解,能够保证最终得到的解是全局最优解。

  2. 无后效性(No Backtracking)

    当前步骤的选择不会影响之后的选择,即一个问题的解决可以通过局部的选择逐步逼近全局最优。

  3. 最优子结构性质

    一个问题的全局最优解可以通过其子问题的最优解组合得到。


贪心算法的一般步骤

  1. 问题分解:将问题分解为若干个子问题。
  2. 选择策略:为每一步定义贪心选择规则(如最大化或最小化)。
  3. 验证解的可行性:每一步选定的解需满足问题的约束条件。
  4. 检查最优性:选择的局部解是否能保证全局最优。
  5. 重复直到完成:重复贪心选择直至问题结束。

常见应用场景

  1. 活动选择问题(Activity Selection Problem)

    给定多个活动的开始和结束时间,选择最大数量的活动使得它们互不重叠。

  2. 背包问题(Knapsack Problem, 分数背包)

    在分数背包问题中,按单位重量价值排序,并优先选择单位价值最高的物品。

  3. 最小生成树(Minimum Spanning Tree)

    • Prim 算法
    • Kruskal 算法
  4. 最短路径问题(Shortest Path Problem)

    • Dijkstra 算法
  5. 哈夫曼编码(Huffman Encoding)

    用于生成最优前缀编码,减少数据压缩的存储空间。


优点

  1. 简单直观:易于实现,且解决问题的过程清晰。
  2. 高效:通过贪心选择,通常只需线性或接近线性的时间复杂度。
  3. 适用范围广:许多经典问题都能用贪心算法求解。

缺点

  1. 局部最优≠全局最优
    在某些问题中,贪心算法无法保证全局最优解。
    • 例如:0-1 背包问题的全局最优解通常无法通过贪心法获得。
  2. 适用性有限
    只有具有最优子结构性质和贪心选择性质的问题才能用贪心算法。

代码示例:活动选择问题

给定活动的开始和结束时间,选择最多数量的活动,使其不重叠。

python 复制代码
def activity_selection(start_times, end_times):
    activities = sorted(zip(start_times, end_times), key=lambda x: x[1])  # 按结束时间排序
    selected = []
    last_end_time = 0

    for start, end in activities:
        if start >= last_end_time:  # 当前活动的开始时间不早于上一个选择活动的结束时间
            selected.append((start, end))
            last_end_time = end

    return selected

# 示例
start_times = [1, 3, 0, 5, 8, 5]
end_times = [2, 4, 6, 7, 9, 9]
result = activity_selection(start_times, end_times)
print("选择的活动:", result)

运行结果

Matlab 复制代码
选择的活动: [(1, 2), (3, 4), (5, 7), (8, 9)]

总结

贪心算法通过逐步构建解决方案,在每一步都选择当前状态下的最优选项,是解决许多经典最优化问题的强大工具。但在应用贪心算法时,需要验证问题是否满足最优子结构和贪心选择性质,否则可能无法得到正确结果。

相关推荐
学历真的很重要1 小时前
VsCode+Roo Code+Gemini 2.5 Pro+Gemini Balance AI辅助编程环境搭建(理论上通过多个Api Key负载均衡达到无限免费Gemini 2.5 Pro)
前端·人工智能·vscode·后端·语言模型·负载均衡·ai编程
普通网友1 小时前
微服务注册中心与负载均衡实战精要,微软 2025 年 8 月更新:对固态硬盘与电脑功能有哪些潜在的影响。
人工智能·ai智能体·技术问答
苍何1 小时前
一人手搓!AI 漫剧从0到1详细教程
人工智能
苍何1 小时前
Gemini 3 刚刷屏,蚂蚁灵光又整活:一句话生成「闪游戏」
人工智能
苍何2 小时前
越来越对 AI 做的 PPT 敬佩了!(附7大用法)
人工智能
苍何2 小时前
超全Nano Banana Pro 提示词案例库来啦,小白也能轻松上手
人工智能
阿杰学AI3 小时前
AI核心知识39——大语言模型之World Model(简洁且通俗易懂版)
人工智能·ai·语言模型·aigc·世界模型·world model·sara
智慧地球(AI·Earth)3 小时前
Vibe Coding:你被取代了吗?
人工智能
大、男人3 小时前
DeepAgent学习
人工智能·学习
测试人社区—66794 小时前
提升测试覆盖率的有效手段剖析
人工智能·学习·flutter·ui·自动化·测试覆盖率