每天学一个算法--贪心算法(Greedy Algorithm)

📘 教案 05:贪心算法(Greedy Algorithm)


1. 问题定义

贪心算法用于解决一类问题:

在每一步做"当前最优选择",期望得到全局最优解


2. 核心思想

局部最优 → 全局最优


3. 核心术语


3.1 贪心选择(Greedy Choice)

定义:

在当前状态下,选择"看起来最优"的决策


3.2 全局最优(Global Optimum)

定义:

问题的最终最优解


3.3 贪心性质(Greedy Property)

定义:

局部最优选择可以导出全局最优解

👉 这是贪心算法成立的必要条件


4. 贪心 vs 动态规划(核心对比)


项目 贪心 动态规划
决策方式 每一步最优 综合考虑
是否回溯 ❌ ✅
是否保证最优 仅部分问题 所有适用问题
复杂度 低 较高

5. 贪心算法基本结构


text 复制代码
for 每一步:
    选择当前最优

👉 没有"回头"


6. 什么时候可以用贪心?


必须满足两个条件:


6.1 最优子结构(和DP一样)


6.2 贪心选择性质(关键)

当前最优选择不会影响后续最优性


7. 示例1:活动选择问题(经典)


问题:

给定多个活动:

(starti,endi)\]\[ (start_i, end_i) \]\[(starti,endi)

选择最多互不重叠的活动


贪心策略:

按结束时间最早排序,优先选结束早的


为什么成立?

  • 结束越早 → 留给后面的空间越大

算法:

text 复制代码
按 end 排序

选择第一个活动

for 后续活动:
    if start ≥ 当前结束:
        选择

时间复杂度:

O(nlog⁡n)\]\[ O(n \\log n) \]\[O(nlogn)


8. 示例2:区间覆盖


问题:

用最少区间覆盖一个目标区间


贪心策略:

每次选择"起点 ≤ 当前点,且终点最远"的区间


本质:

👉 每一步"扩展最远"


9. 示例3:最小生成树(贪心应用)


Kruskal 算法


策略:

按边权从小到大选边,不形成环


本质:

👉 每一步选"当前最小代价"


10. 示例4:Dijkstra(单源最短路径)


条件:

所有边权非负


贪心策略:

每次选当前距离最小的点


👉 一旦确定,就不再改变


11. 反例(必须讲)


❌ 反例:零钱问题(某些情况)


币值:

text 复制代码
1, 3, 4

目标:6


贪心:

text 复制代码
4 + 1 + 1 = 3枚

最优:

text 复制代码
3 + 3 = 2枚

👉 贪心失败


12. 为什么贪心会失败?


因为:

局部最优 ≠ 全局最优


13. 如何判断能不能用贪心?


方法1:证明(严格)

证明:

  • 贪心选择不会变差

方法2:反例测试(实用)

  • 构造反例
  • 若失败 → 不能用贪心

14. 贪心算法常见类型


类型 策略
区间问题 选结束最早
覆盖问题 选延伸最远
路径问题 选当前最短
排序问题 排序后贪心

15. 常见错误


❌ 错误1:看到最优就用贪心

👉 必须验证贪心性质


❌ 错误2:忽略约束条件


❌ 错误3:不会构造反例


16. 关键结论


  1. 贪心 = 局部最优决策
  2. 不一定正确
  3. 必须证明或验证
  4. 优点是简单高效
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