【信奥赛基础】动态规划:小学生也能懂的必考算法入门

小杰想用存钱罐买一本价值15元的漫画书,他每天可以投入1元或3元。那么,存够15元一共有多少种不同的投币方案呢?这个看似简单的存钱问题,其实藏着信息学奥赛中最重要算法------动态规划的奥秘。

一、什么是动态规划?从存钱罐说起

想象一下,你的面前有一个神奇的存钱罐。这个存钱罐有点特别:它记得住 你每次存够不同金额时用了多少种方法,并且会用这些经验帮你更快算出新金额的存钱方法数。

这就是动态规划(Dynamic Programming,简称DP)的核心思想:

不要重复计算!
把已经知道的结果记下来,
直接用它们推导出新问题的答案。

是不是有点像我们学数学时用的"乘法口诀表"?背下口诀后,就不用每次都重新数手指了!

二、第一个DP问题:爬楼梯的奥秘

让我们从一个经典的DP入门题开始,它被称为"爬楼梯问题":

小明要爬上一座10级的楼梯,他一次可以走1级 ,也可以跨2级。请问,他有多少种不同的方法爬到楼顶?

🧠 跟着我这样想,保证你不迷糊!

第1步:从最简单的情况开始

我们先不想10级那么复杂,想想最少的几级:

  • 第1级:只有1种方法(直接走1级上去)

  • 第2级:有2种方法

    • 方法①:走1级,再走1级

    • 方法②:直接跨2级

第2步:准备"记忆笔记本"

我们把已经知道的结果记下来,这就是DP中的"状态":

text

复制代码
到第1级:1种方法  →  记作 dp[1] = 1
到第2级:2种方法  →  记作 dp[2] = 2

第3步:找出"搭积木"的规律

现在想想第3级,小明怎么到达这里呢?

只可能从两个地方过来:

  1. 第1级跨2级上来

  2. 第2级走1级上来

所以,到第3级的方法数 = 到第1级的方法数 + 到第2级的方法数

用我们的"记忆笔记本"来说就是:dp[3] = dp[1] + dp[2] = 1 + 2 = 3

看明白了吗?我们没有从头开始想 ,而是用已经算好的答案拼出了新答案


📊 动手画"魔法表格"

让我们把这种规律继续下去,画出一个神奇的表格:

台阶级数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
方法数 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89

找规律时间:你发现这个数列的秘密了吗?

没错!这就是著名的斐波那契数列 !每个数都是前两个数的和。我们刚刚用动态规划重新发现了这个伟大的数列

三、动态规划"三步口诀"

解决任何DP问题,都可以用下面这个万能口诀:

1. 定状态(准备笔记本)

问:我要记住什么?

→ 比如:dp[i] 表示爬到第i级台阶的方法数

2. 找关系(发现拼图规律)

问:当前答案怎么用旧答案拼出来?

→ 比如:dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]

3. 从小算大(从简单开始填)

问:最小、最简单的答案是什么?

→ 比如:dp[1]=1, dp[2]=2,然后一步一步算到dp[10]


四、挑战升级:网格中的"金币大冒险"

理解了基本思想后,我们来玩一个更刺激的游戏:

有一个3×3的网格迷宫,每个格子里放着不同数量的金币。机器人小R从左上角出发,每次只能向右向下移动一格,直到右下角。它最多能收集多少金币?

假设迷宫是这样的:

text

复制代码
1  3  1
2  5  1
4  2  1

🎮 用"三步口诀"解决它!

第1步:定状态
dp[i][j] 表示从起点走到第i行第j列这个位置时,最多已经收集到的金币数

第2步:找关系

机器人怎么到达(i, j)这个位置呢?只有两种可能:

  • 上面 (i-1, j) 下来

  • 左边 (i, j-1) 过来

机器人当然会选择金币更多的路径!所以:
dp[i][j] = 当前格子金币 + max(上面的dp[i-1][j], 左边的dp[i][j-1])

第3步:从小算大(填表格)

我们来一步步填这个表格(括号内表示从哪个方向来):

第0列 第1列 第2列
第0行 1(起点) 4(从左) 5(从左)
第1行 3(从上) 9(从左:1+3+5) 10(从上:9+1)
第2行 7(从上) 11(从上:7+2) 12(从左:11+1)

最终,机器人最多能收集12个金币!最优路径是:右→右→下→下。


五、动态规划在信息学奥赛中有多重要?

告诉你一个小秘密:在CSP-J/S、NOIP等信息学奥赛中,动态规划是每年必考的题型,而且经常出现在压轴题中!

为什么它这么重要?因为DP能解决许多看似复杂的实际问题:

  • 背包问题:如何用有限的背包容量装下最有价值的物品?

  • 最长公共子序列:两个DNA序列有多少相似部分?

  • 最短编辑距离:把一个单词变成另一个单词最少需要多少步?

掌握了动态规划,你就拿到了打开信息学奥赛高分大门的金钥匙

💎 想系统攻克动态规划?

如果你觉得这个入门指南有帮助,想更深入地学习动态规划的所有经典模型 ,我在CSDN的付费专栏《信息学奥赛算法通关宝典:从CSP-J到NOIP 》中,专门用5个章节详细讲解了:

  1. 背包问题的9大变种(01背包、完全背包、多重背包等)

  2. 区间DP的破解技巧(石子合并、括号匹配等问题)

  3. 树形DP的思维方法(树上最优选择问题)

  4. 状态压缩DP的实战应用

  5. 近3年CSP-J/S动态规划真题的逐题精讲

专栏不仅包含详细的文字解析,还有动画演示可运行的代码模板,适合想要在竞赛中取得突破的同学。点击这里了解详情。

六、DP思维在生活中大有用处

动态规划不只是竞赛算法,更是一种强大的思维方式

  • 零花钱规划:这周怎么花钱,才能既买零食又能攒钱买下个月的游戏卡?

  • 作业安排:每天做多少作业,才能保证周末不用熬夜赶工?

  • 游戏策略:先升级哪个技能,才能最快打败终极大Boss?

学会这种"记住经验、逐步优化"的思考方式,你会发现自己解决问题的能力大大提升了!

七、动手挑战:硬币凑金额

现在,请你用今天学到的"三步口诀",试着解决下面这个问题:

你有无限多的1元、3元和5元硬币。要凑出9元钱最少需要多少枚硬币

把你的思考过程和答案写在评论区吧!前10名回答正确的小伙伴,我会送你一份《动态规划经典例题集》电子版哦!

提示:想一想,要凑出9元,可以从哪些金额"一步到位"?记住我们的核心思想:用已经知道的结果推导新的结果!


八、总结:动态规划其实很简单

让我们再回顾一下动态规划的精髓:

  1. 分而治之:把大问题分解成小问题

  2. 记住结果:把已经解决的小问题答案存起来

  3. 避免重复:直接用已有答案,不要重复计算

只要掌握了这个"记事本+搭积木"的思想,你就能解决许许多多看似复杂的问题。

给小朋友的鼓励:不要被算法的名字吓到。动态规划就像学骑自行车,一开始可能会摇摇晃晃,但一旦掌握了平衡,你就会骑得飞快!多练习、多思考,你一定能成为DP小高手!


📌 专栏推荐 :如果你已经理解了动态规划的基础,想要在信息学奥赛中系统性地学习所有必考算法 ,欢迎关注我的专栏《信息学奥赛CSP-J/NOIP普及组题目》。

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