Dynamic Program

1 動態規劃的基本方法

1.1 多階段決策過程及實例

  1. definition of multi stage decision
  2. example of multi stage decision problem
  • shortest path problem
  • machine's work load
    high level, output, the condition of a machine.
    the decision variable is the number of the machine with two different work load with the goal of achieving biggest output.

1.2 the concept of dynamic program and basic formulations

  • the concept of dynamic program
    take shortest path as example
    the former decision affects later decision, but later decision does not affect former decisions.
    adopt the concept of multi stage decisions, the shortest problem can be stated as 在各個階段選取一個
    恰當的決策, 使由這些決策組成的一個決策序列所決定的一條路線, 其總路程最短。(at each stage, we made a decision, and for all stages, we get a decision sequence, the sequence make the shortest path)
  • how to solve this problem?
    we can use the algorithm/method of dynamic program.

1.2.1 . the basic concept of dynamic program

  1. stage
    a time/spatial period
  2. status (input variable)
    statistic parameters at the beginning or end of a stage.
    these parameters called status variables.
    the decisions made only based on the adjust up flow parameters. 這個性質稱為無后效性( 即馬爾科夫性)。
    如果狀態的某種規定方式可能導致不滿足無后效性, 應適當地改變狀態的規定方法, 達到能使它滿足無后效性的要求。
  3. decisions (output variable)
    make decisions and come into next stage
    the decisions called decision variables
    they are the functions of status variables
    the decision variables have a feasible set.
  4. strategy
    decision sequence
    the kth sub-process: the following stages start from kth stage
    the kth sub-decision sequence
    the feasible decision sequence set and optimal decision sequence
  5. stage moving function
    an action/movement.
    the function determine the K+1th status
    the input of the function is the Kth status variables and Kth decision variables
  6. objective function
    the objective function is separable and 滿足遞推關系
Condition of objective function in dynamic program

1.2.2 the basic thoughts and functions

  1. take shortest path searching as example.
  • dynamic programming start searching from end to head.
  • 寫出基本的遞推關系式和恰當的邊界條件( 簡言之為基本方程)。
  • 要做到這一點, 必須先將問題的過程分成幾個相互聯系的階段, 恰當地選取狀態變量和決策變量及定義最優值函數, 從而把一個大問題化成一族同類型的子問題, 然后逐個求解。
  • 即從邊界條件開始, 逐段遞推尋優,** 在每一個子問題的求解中, 均利用了它前面的子問題的最優化結果**, 依次進行, 最后一個子問題所得的最優解, 就是整個問題的最優解。
  • 每段決策的選取是從全局來考慮的, 與該段的最優選擇答案一般是不同

1.2.3 動態規劃的最優性原理和最優性定理

how to use dynamic program to solve shortest path problem?
the dynamic approach solves general problems, like shortest path, TSP, and so on. In this sense, it is an algorithm.
the problems do not have to be time-dependent.

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