📝 docs(0031):添加动态规划数学原理和权威文献参考

 feat(0032):新增Pandigital数字问题解决方案
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@@ -90,25 +90,135 @@ for i in range(2, 201):
3. **避免重复**:每种硬币只被考虑一次在其对应的外层循环中,确保不重复计算 3. **避免重复**:每种硬币只被考虑一次在其对应的外层循环中,确保不重复计算
--- ## 关于动态规划
## 最终结果 ### 一、动态规划的数学原理
当循环结束后,`ways[200]` 的值就是 200便士能被凑成的所有方法数 动态规划DP是求解多阶段决策优化问题的数学方法其理论基础建立在**贝尔曼最优性原理**和**函数方程**之上
```python #### 1.1 核心理论框架
print(f"\nThe number of ways to make £2 is {ways[200]:,d}")
```
输出结果是:**73682** **最优性原理Principle of Optimality**
- 由Richard Bellman1957系统提出
- 形式化表述:若 $P^*$ 是问题 $I$ 的最优策略,则其子策略 $P^*_k$ 对于子问题 $I_k$ 也是最优的
- 数学表达:$\text{opt}(n+1) = \max\{\text{opt}(j-1) + \text{end}(j, n+1)\}$
这意味着用这8种英国硬币凑成2英镑共有**73,682**种不同的方式。 **Bellman方程**
动态规划的核心是建立递推关系(状态转移方程):
$$
v_x^n = \sup_{y \in X}(G_{xy} + v_y^{n-1})
$$
其中 $v_x^n$ 表示状态 $x$ 在剩余 $n$ 步时的最优价值函数,$G_{xy}$ 为转移收益。
#### 1.2 三大基本性质
1. **最优子结构**:问题的最优解包含子问题的最优解
2. **重叠子问题**:递归过程中多次计算相同子问题
3. **无后效性(马尔可夫性)**:未来状态只与当前状态有关,与历史路径无关
#### 1.3 数学分类
| 类型 | 数学特征 | 典型应用 |
|------|----------|----------|
| **确定性DP** | 状态转移确定 | 背包问题、LCS |
| **随机DPMDP** | 状态转移由概率分布决定 | 强化学习、金融决策 |
| **连续时间DP** | Hamilton-Jacobi-Bellman方程 | 最优控制理论 |
| **离散时间DP** | 差分Bellman方程 | 算法设计 |
--- ---
## 时间复杂度 ### 二、严格验证的权威文献
- **O(N×M)**:其中 N = 硬币种类数8M = 目标金额200 #### **核心原始著作**
- 实际计算量约为 8 × 200 = 1600 次操作,效率极高
这个算法简洁优雅,展示了动态规划在组合计数问题中的强大威力。 ##### 1. **Richard Bellman (1957). *Dynamic Programming*. Princeton University Press.**
- **ISBN**: 978-0-691-14668-3
- **验证信息**这是动态规划的奠基性著作。普林斯顿大学出版社官网可查2010年重印版带有Stuart Dreyfus的新序言。在arXiv上超过100篇论文引用。
- **内容**:系统提出最优性原理,建立离散时间动态规划的数学框架,是必读经典。
##### 2. **Martin L. Puterman (1994). *Markov Decision Processes: Discrete Stochastic Dynamic Programming*. Wiley.**
- **ISBN**: 0-471-61977-9
- **验证信息**Wiley出版社官网明确收录亚马逊等各大书店均有销售。在强化学习和运筹学领域被引用超过5000次。
- **内容**随机动态规划的权威教材涵盖折扣、平均奖励等准则是MDP领域的"圣经"。
#### **现代权威教材**
##### 3. **Cormen, T. H., Leiserson, C. E., Rivest, R. L., & Stein, C. (2009). *Introduction to Algorithms* (3rd ed.). MIT Press.**
- **ISBN**: 978-0-262-03384-8
- **验证信息**MIT Press官网可查ACM Digital Library收录。全球超过1000所大学采用引用数超过73,000次。
- **内容**第15章"动态规划"提供完整理论框架和经典实例矩阵链乘法、LCS、最优二叉搜索树
##### 4. **Kleinberg, J., & Tardos, É. (2006). *Algorithm Design*. Addison-Wesley.**
- **ISBN**: 978-0-321-29535-4
- **验证信息**Addison-WesleyPearson旗下官方出版ACM Digital Library收录全球Top 50 CS院校广泛使用。
- **内容**第6章专讲动态规划强调设计范式而非算法罗列包含加权区间调度、RNA二级结构等实例。
##### 5. **Dimitri P. Bertsekas. *Dynamic Programming and Optimal Control* (Vols. I & II, 4th ed., 2017/2012). Athena Scientific.**
- **ISBN Vol I**: 978-1-886529-43-4
- **ISBN Vol II**: 978-1-886529-44-1
- **验证信息**Athena Scientific出版社官网明确MIT等高校课程采用。是控制理论和最优控制领域的标准教材。
- **内容**:涵盖确定性/随机系统、连续/离散时间、近似动态规划,数学深度极高。
#### **实用算法手册**
##### 6. **Skiena, S. S. (2020). *The Algorithm Design Manual* (3rd ed.). Springer.**
- **ISBN**: 978-3-030-54255-9
- **验证信息**Springer官网可查Stony Brook University课程采用包含大量实战案例和War Story。
- **内容**第8章讲动态规划强调问题识别和建模技巧附有在线算法库。
---
### 三、辅助验证文献
#### **历史经典**
| 作者 | 著作 | 验证状态 | 核心贡献 |
|------|------|----------|----------|
| Howard (1960) | *Dynamic Programming and Markov Processes* | MIT Technology Press出版交叉验证 | 策略迭代算法 |
| Dreyfus & Law (1977) | *The Art and Theory of Dynamic Programming* | 学术图书馆藏可查 | 计算复杂性分析 |
#### **现代进阶**
1. **Bertsekas & Tsitsiklis (1996). *Neuro-Dynamic Programming*. Athena Scientific.**
- 将DP与神经网络结合是深度强化学习的数学基础
2. **Sutton & Barto (2018). *Reinforcement Learning: An Introduction* (2nd ed.). MIT Press.**
- ISBN: 978-0-262-03924-6
- 强化学习标准教材DP在MDP中的完整应用
---
### 四、学习路径建议
**初学者(算法竞赛/面试)**
1. Cormen《算法导论》第15章 → 建立理论基础
2. Skiena《算法设计手册》 → 掌握问题识别
3. 刷LeetCode DP分类题 → 实践巩固
**进阶者(研究/工程)**
1. Bellman原著 → 理解数学本质
2. Kleinberg & Tardos → 学习设计范式
3. Bertsekas Vol I → 深化最优控制理论
**专家(理论研究者)**
1. Puterman MDP → 随机环境DP
2. Bertsekas Vol II → 近似DP
3. 跟踪arXiv cs.AI/DS最新论文
---
### 五、关键数学公式总结
**标准DP递推**
$$
dp[i] = \begin{cases}
\max\{dp[j] + f(j,i)\}, & \text{优化问题} \\
\min\{dp[j] + f(j,i)\}, & \text{最小化问题} \\
\sum dp[j] \times g(j,i), & \text{计数问题}
\end{cases}
$$
**Bellman最优算子** (压缩映射):
$$
(Tv)(s) = \max_{a \in A}\{r(s,a) + \gamma \sum_{s'}P(s'|s,a)v(s')\}
$$

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@@ -0,0 +1,82 @@
"""
We shall say that an n-digit number is pandigital if it makes use of all the digits 1 to n exactly once;
for example, the 5-digit number, 15234, is 1 through 5 pandigital.
The product 7254 is unusual, as the identity, 39 × 186 = 7254,
containing multiplicand, multiplier, and product is 1 through 9 pandigital.
Find the sum of all products whose multiplicand/multiplier/product identity can be written
as a 1 through 9 pandigital.
HINT: Some products can be obtained in more than one way so be sure to only include it once in your sum.
"""
import time
from itertools import permutations
def timer(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
start = time.time()
result = func(*args, **kwargs)
end = time.time()
print(f"{func.__name__} took {end - start:.6f} seconds")
return result
return wrapper
def is_pandigital(n: list[str]) -> bool:
if n[0] == "1":
x = [int("".join(n[:2]))]
y = [int("".join(n[2:5]))]
else:
x = [int(n[0]), int("".join(n[:2]))]
y = [int("".join(n[1:5])), int("".join(n[2:5]))]
z = int("".join(n[5:]))
for i in range(len(x)):
if x[i] * y[i] == z:
return True
return False
def pandigital_products() -> list[int]:
all_permuts = permutations("123456789")
res = set()
for perm in all_permuts:
if is_pandigital(list(perm)):
res.add(int("".join(perm[5:])))
return list(res)
@timer
def main_compute() -> None:
res = set()
for x in range(2, 10):
for z in range(1234, 9877):
if z % x == 0:
y = z // x
if "".join(sorted(str(x) + str(y) + str(z))) == "123456789":
res.add(z)
print(f"{x} * {y} = {z}")
for x in range(12, 99):
for z in range(1234, 9877):
if z % x == 0:
y = z // x
if "".join(sorted(str(x) + str(y) + str(z))) == "123456789":
res.add(z)
print(f"{x} * {y} = {z}")
res = list(res)
print(f"= {sum(res)}")
@timer
def main() -> None:
res = pandigital_products()
print("+".join(map(str, res)))
print(f"= {sum(res)}")
if __name__ == "__main__":
main()
main_compute()

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@@ -0,0 +1,7 @@
比较容易确定这样一点:
1. 可实现的数位分布【234】【144】。
2. 1位数 2-9
3. 2位数 12-98
4. 4位数 1234-9876
所以,最简单的就是试算所有可能。我也考虑了使用排列方法进行计算,但是效率比直接计算要略低。