某工程计算中要完成多个矩阵相乘(链乘)的计算任务。
两个矩阵相乘要求第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数,计算量主要由进行乘法运算的次数决定。采用标准的矩阵相乘算法,计算Am×n*Bn×p,需要m*n*p次乘法运算。
矩阵相乘满足结合律,多个矩阵相乘,不同的计算顺序会产生不同的计算量。以矩阵A110×100,A2100×5,A35×50三个矩阵相乘为例,若按(A1*A2)*A3计算,则需要进行10*100*5+10*5*50=7500次乘法运算;若按A1*(A2*A3)计算,则需要进行100*5*50+10*100*50=75000次乘法运算。可见不同的计算顺序对计算量有很大的影响。
矩阵链乘问题可描述为:给定n个矩阵<A1,A2,….An>,矩阵Ai的维数为pi-1×pi,其中i=1,2,….n。确定一种乘法顺序,使得这n个矩阵相乘时进行乘法的运算次数最少。
由于可能的计算顺序数量非常庞大,对较大的n,用蛮力法确定计算顺序是不实际的。经过对问题进行分析,发现矩阵链乘问题具有最优子结构,即若A1*A2*…*An的一个最优计算顺序从第k个矩阵处断开,即分为A1*A2*….Ak和Ak+1*Ak+2*…*An两个子问题,则该最优解应该包含A1*A2*…*Ak的一个最优计算顺序和Ak+1*Ak+2*…An的一个最优计算顺序。据此构造递归式,
其中,cost[i][j]表示Ai+1*Ai+2*...Aj+1的最优计算的计算代价。最终需要求解cost[0][n-1]。
【C代码】
算法实现采用自底向上的计算过程。首先计算两个矩阵相乘的计算量,然后依次计算3个矩阵、4个矩阵、…、n个矩阵相乘的最小计算量及最优计算顺序。下面是算法的C语言实现。
(1)主要变量说明
n:矩阵数
seq[]:矩阵维数序列
cost[][]:二维数组,长度为n*n,其中元素cost[i][j]表示Ai+1*Ai+2*…Aj+1的最优计算的计算代价
trace[][]:二维数组,长度为n*n,其中元素trace[i][j]表示Ai+1*Ai+2*Aj+1的最优计算对应的划分位置,即k
(2)函数cmm
#define?N?100
int cost[N][N];
int trace[N][N];
int cmm(int n,int seq[]){
int tempCost;
int tempTrace;
int i,j,k,p;
int temp;
for(i=0;i<n;i++){cost[i][i]=0;}
for(p=1;p<n;p++){
for(i=0;(1);i++){
(2);
tempCost=-1;
for(k=i;k<j;k++){
temp=(3);
if(tempCost==-1||tempCost>temp){
tempCost=temp;
(4);
}
}
cost[i][j]=tempCost;
trace[i][j]=tempTrace;
}
}
return cost[0][n-1];
}
【问题1】(8分)
根据以上说明和C代码,填充C代码中的空(1)~(4)。
【问题2】(4分)
根据以上说明和C代码,该问题采用了(5)算法设计策略,时间复杂度(6)。(用O符号表示)
【问题3】(3分)
考虑实例n=6,各个矩阵的维数:A1为5*10,A2为10*3,A3为3*12,A4为12*5,A5为5*50,A6为50*6,即维数序列为5,10,3,12,5,50,6。则根据上述C代码得到的一个最优计算顺序为(7)(用加括号方式表示计算顺序),所需要的乘法运算次数为(8)。
【问题1】
(1)i<n-p
(2)j=i+p
(3)cost[i][k]+cost[k+1][j]+seq[i]*seq[k+1]*seq[j+1]
(4)tempTrace=k
【问题2】
(5)动态规划法
(6)O(n3)
【问题3】
(7)((A1A2)((A3A4)(A5A6)))
(8)2010
在解答本题时,需要注意的第一个问题便是矩阵的乘法到底是怎么进行的。
一个n行m列的矩阵可以乘以一个m行p列的矩阵,得到的结果是一个n行p列的矩阵,其中的第i行第j列位置上的数等于前一个矩阵第i行上的m个数与后一个矩阵第j列上的m个数对应相乘后所有m个乘积的和。如:
在本题中,题干部分提到“发现矩阵链乘问题具有最优子结构”,这是利用动态规划法求解最优解问题的典型特征。所以(5)应填动态规划法。
接下来分析(1)-(4)空,这几个空中,最容易回答的是(3)和(4)。(3)空可通过题目给出的递归式分析得到,其中cost数组部分与公式完全一致,而p数组在程序中是seq,所以回答时修正即可,(3)填:cost[i][k]+cost[k+1][j]+seq[i]*seq[k+1]*seq[j+1]。第(4)空的上一句为:tempCost=temp,即保存当前状态最优解,由于在保存最优解时,不仅涉及cost的记录,还涉及其位置k的记录,所以需要在此进行tempTrace=k的操作。
(1)与(2)相对复杂,其中(1)是对i值范围的确定,而(2)是对j的赋值操作(由于后面用到了j,但程序中没有对j的赋值,从而断定该空是对j的赋值)。两者一并起到一个效果,对cost数组操作时的操作范围与顺序。由于在进行矩阵链乘操作时,分析解空间所用到的是cost右上角的三角矩阵,而操作时,是对这个三角矩阵从左至右,呈斜线的访问(如图所示)。所以(1)和(2)分别填i<n-p和j=i+p。
该程序由于涉及3重循环,所以时间复杂度为:O(n3)。通过手动运行程序的方式可知最优解为:
(A1A2)((A3A4)(A5A6))。
总计算次数为2010。
一台主机的IP地址为202.123.25.36,掩码为255.255.254.0。如果该主机需要在该网络进行直接广播,那么它应该使用的目的地址为( )
在计算机系统的日常维护工作中,应当注意硬盘工作时不能__(2)__。另外,需要防范病毒,而__(3)__是不会被病毒感觉的。
有 4 个 IP 地址:201.117.15.254、201.117.17.01、201.117.24.5 和 201.117.29.3,如果子网掩码为 255.255.248.0,则这 4 个地址分别属于3个子网;其中属于同一个子网的是()
在异步通信中,每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶位和1位终止位,每秒钟传送200个字符,采用4相位调制,则码元速率为()。
在 Windows 中,运行( )命令得到下图所示结果。以下关于该结果的叙述中,错误的是( )。
Pinging 59.74.111.8 with 32 bytes of data:
Reply from 59.74.111.8: bytes=32 time=3ms TTL=60
Reply from 59.74.111.8: bytes=32 time=5ms TTL=60
Reply from 59.74.111.8: bytes=32 time=3ms TTL=60
Reply from 59.74.111.8: bytes=32 time=5ms TTL=60
Ping statistics for 59.74.111.8:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 3ms, Maximum = 5ms, Average = 4ms
在ISO OSF/RM参考模型中,七层协议中的__(1)__利用通信子网提供的服务实现两个用户进程之间端到端的通信。在这个模型中,如果A用户需要通过网络向B用户传送数据,则首先将数据送入应用层,在该层给它附加控制信息后送入表示层;在表示层对数据进行必要的变换并加头标后送入会话层;在会话层加头标送入传输层;在传输层将数据分解为__(本题)__后送至网络层;在网络层将数据封装成__(3)__后送至数据链路层;在数据链路层将数据加上头标和尾标封装成__(4)__后发送到物理层;在物理层数据以__(5)__形式发送到物理线路。B用户所在的系统接收到数据后,层层剥去控制信息,把原数据传送给B用户。
在OSI/RM中,解释应用数据语义的协议层是()。
在TCP/IP协议栈中,ARP协议的作用是(),RARP协议的作用是(请作答此空)。
在地址 http://www.dailynews.com.cn/channel/welcome.htm 中,www.dailynews.com.cn 表示( ),welcome.htm 表示(请作答此空)。
在电子表格软件Excel中,假设A1单元格的值为15,若在A2单元格输入“=AND(15<A1,A1<100)”,则A2单元格显示的值为 ()