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打砖块算法

发布时间: 2025-01-29 23:46:13

‘壹’ 200分求动态规划详解!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

嗯···我学动归不是很久,同样是迷惘过,估计两个月前刚刚开窍……
你看他写的什么无后效性什么最优子结构的就头大,我也头大%…………
动态规划一般解决两类问题,一类是最优化问题,就是问你最大价值最小数什么的,另一类是方案总数毕举问题。

细分的话类型很多,
我见得多的(我是高二学生,目前在筹备NOIP)
(你那题多我就只说名字了)
背包,楼上连9讲都放上来了我就不多说了……
最长不上升不下降子序列问题(比如说潘帕斯雄鹰生日模拟赛的飞翔,就是很经典的不下降的变形)
资源分配问题(比如说橱窗布置,马棚问题,机器分配问题)
区间动归(乘积最大,能量项链等等)
最长公共子序列问题(有个遗传编码好像);
解决方案树的比如说爬楼梯问题……………………

动态规划的类型很多很多,因为他很灵活的,我们老师曾经给我们找了100个DP方程,但是那都没有用,强记根本记不住,关键是理解。

深入一点的就有DP的优化,时间空间的降维(就是用别的方法去做,或者比如说背包本来是二维的空间优化过该成一维的了),树形DP(这个我也不会)。
(优化里面有个很经典的题《过河》)

我对DP是属于那种突然就开了窍的……别看说“动态规划”什么的唬人,其实就是一个比较一个计算,知道他干什么了题上来就有头绪,方程啊思想啊就有了……

主要也是多看题吧,从简单的开始,理解他的思想……自己写动归的时候注意下面几个问题:
1、大前提是确定你做的是动归题……看得多了也就知道自己面对的是什么类型的题了
2、次前提是想法要对(我做题的时候先想这道题时间空间的维度,然后根据这个去想方程),方程正确,
实在想不起来可以先看题解,去理解人家的思想之后,不要看标程把程序做出来……
3、注意数组不要开的过小,一般都是左右都开大一点,比如他的数据范围是1~100 ,数组就开0~101.这个是防越界的,因为很多DP赋初值的时候会用到F[0],F[0,0]
4、初始值要正确,因为很多DP其他地方都是正确的因为初始值赋错了而全部过不了的情况是很常见的……(比如说USACO里面的货币系统)
5、DP循环灶册的范围要正确,一般根据题来判断范围写多少的(比如说橱窗问题,今天下午写这个题因为循环写错了一直AC不了)

USACO里也有很多DP题,可以做……
以上全部手打,希望能对你有所帮助。
我也是正在学习的人,上面的东西不一定全部正确,但是对我而言很受用,也算是我的经验了。希望日后能一起学习交流外加进步喽
QQ:340131980
1. 资源问题1
-----机器分配问题
F[I,j]:=max(f[i-1,k]+w[i,j-k])

2. 资源问题2
------01背包问题
F[I,j]:=max(f[i-1,j-v]+w,f[i-1,j]);

3. 线性动态规划1
-----朴素最长非降子序列
F:=max{f[j]+1}

4. 剖分问题1
-----石子合并
F[i,j]:=min(f[i,k]+f[k+1,j]+sum[i,j]);

5. 剖分问题2
-----多边形剖分
F[I,j]:=min(f[i,k]+f[k,j]+a[k]*a[j]*a);

6. 剖分问题3
------乘积最大
f[i,j]:=max(f[k,j-1]*mult[k,i]);

7. 资源问题3
-----系统可隐数宏靠性(完全背包)
F[i,j]:=max{f[i-1,j-c*k]*P[I,x]}

8. 贪心的动态规划1
-----快餐问题
F[i,j,k]:=max{f[i-1,j',k']+(T-(j-j')*p1-(k-k')*p2) div p3}

9. 贪心的动态规划2
-----过河 f=min{{f(i-k)} (not stone)
{f(i-k)}+1} (stone); +贪心压缩状态

10. 剖分问题4
-----多边形-讨论的动态规划
F[i,j]:=max{正正 f[I,k]*f[k+1,j];
负负 g[I,k]*f[k+1,j];
正负 g[I,k]*f[k+1,j];
负正 f[I,k]*g[k+1,j];} g为min

11. 树型动态规划1
-----加分二叉树 (从两侧到根结点模型)
F[I,j]:=max{f[I,k-1]*f[k+1,j]+c[k]}

12. 树型动态规划2
-----选课 (多叉树转二叉树,自顶向下模型)
F[I,j]表示以i为根节点选j门功课得到的最大学分
f[i,j]:=max{f[t.l,k]+f[t.r,j-k-1]+c}

13. 计数问题1
-----砝码称重
f[f[0]+1]=f[j]+k*w[j];
(1<=i<=n; 1<=j<=f[0]; 1<=k<=a;)

14. 递推天地1
------核电站问题
f[-1]:=1; f[0]:=1;
f:=2*f[i-1]-f[i-1-m]

15. 递推天地2
------数的划分
f[i,j]:=f[i-j,j]+f[i-1,j-1];

16. 最大子矩阵1
-----一最大01子矩阵
f[i,j]:=min(f[i-1,j],v[i,j-1],v[i-1,j-1])+1;
ans:=maxvalue(f);

17. 判定性问题1
-----能否被4整除
g[1,0]:=true; g[1,1]:=false; g[1,2]:=false; g[1,3]:=false;
g[i,j]:=g[i-1,k] and ((k+a[i,p]) mod 4 = j)

18. 判定性问题2
-----能否被k整除
f[I,j±n mod k]:=f[i-1,j]; -k<=j<=k; 1<=i<=n

20. 线型动态规划2
-----方块消除游戏
f[i,i-1,0]:=0
f[i,j,k]:=max{f[i,j-1,0]+sqr(len(j)+k),
f[i,p,k+len[j]]+f[p+1,j-1,0]}
ans:=f[1,m,0]

21. 线型动态规划3
-----最长公共子串,LCS问题
f[i,j]={0(i=0)&(j=0);
f[i-1,j-1]+1 (i>0,j>0,x=y[j]);
max{f[i,j-1]+f[i-1,j]}} (i>0,j>0,x<>y[j]);

22. 最大子矩阵2
-----最大带权01子矩阵O(n^2*m)
枚举行的起始,压缩进数列,求最大字段和,遇0则清零

23. 资源问题4
-----装箱问题(判定性01背包)
f[j]:=(f[j] or f[j-v]);

24. 数字三角形1
-----朴素の数字三角形
f[i,j]:=max(f[i+1,j]+a[I,j],f[i+1,j+1]+a[i,j]);

25. 数字三角形2
-----晴天小猪历险记之Hill
同一阶段上暴力动态规划
if[i,j]:=min(f[i,j-1],f[I,j+1],f[i-1,j],f[i-1,j-1])+a[i,j]

26. 双向动态规划1
数字三角形3
-----小胖办证
f[i,j]:=max(f[i-1,j]+a[i,j],f[i,j-1]+a[i,j],f[i,j+1]+a[i,j])

27. 数字三角形4
-----过河卒
//边界初始化
f[i,j]:=f[i-1,j]+f[i,j-1];

28. 数字三角形5
-----朴素的打砖块
f[i,j,k]:=max(f[i-1,j-k,p]+sum[i,k],f[i,j,k]);

29. 数字三角形6
-----优化的打砖块
f[I,j,k]:=max{g[i-1,j-k,k-1]+sum[I,k]}

30. 线性动态规划3
-----打鼹鼠’
f:=f[j]+1;(abs(x-x[j])+abs(y-y[j])<=t-t[j])

31. 树形动态规划3
-----贪吃的九头龙

32. 状态压缩动态规划1
-----炮兵阵地
Max(f[Q*(r+1)+k],g[j]+num[k])
If (map and plan[k]=0) and
((plan[P] or plan[q]) and plan[k]=0)

33. 递推天地3
-----情书抄写员
f:=f[i-1]+k*f[i-2]

34. 递推天地4
-----错位排列
f:=(i-1)(f[i-2]+f[i-1]);
f[n]:=n*f[n-1]+(-1)^(n-2);

35. 递推天地5
-----直线分平面最大区域数
f[n]:=f[n-1]+n
:=n*(n+1) div 2 + 1;

36. 递推天地6
-----折线分平面最大区域数
f[n]:=(n-1)(2*n-1)+2*n;

37. 递推天地7
-----封闭曲线分平面最大区域数
f[n]:=f[n-1]+2*(n-1)
:=sqr(n)-n+2;
38 递推天地8
-----凸多边形分三角形方法数
f[n]:=C(2*n-2,n-1) div n;
对于k边形
f[k]:=C(2*k-4,k-2) div (k-1); //(k>=3)

39 递推天地9
-----Catalan数列一般形式
1,1,2,5,14,42,132
f[n]:=C(2k,k) div (k+1);

40 递推天地10
-----彩灯布置
排列组合中的环形染色问题
f[n]:=f[n-1]*(m-2)+f[n-2]*(m-1); (f[1]:=m; f[2]:=m(m-1);

41 线性动态规划4
-----找数
线性扫描
sum:=f+g[j];
(if sum=Aim then getout; if sum<Aim then inc(i) else inc(j);)

42 线性动态规划5
-----隐形的翅膀
min:=min{abs(w/w[j]-gold)};
if w/w[j]<gold then inc(i) else inc(j);

43 剖分问题5
-----最大奖励
f:=max(f,f[j]+(sum[j]-sum)*i-t

44 最短路1
-----Floyd
f[i,j]:=max(f[i,j],f[i,k]+f[k,j]);
ans[q[i,j,k]]:=ans[q[i,j,k]]+s[i,q[i,j,k]]*s[q[i,j,k],j]/s[i,j];
45 剖分问题6
-----小H的小屋
F[l,m,n]:=f[l-x,m-1,n-k]+S(x,k);

46 计数问题2
-----陨石的秘密(排列组合中的计数问题)
Ans[l1,l2,l3,D]:=f[l1+1,l2,l3,D+1]-f[l1+1,l2,l3,D];
F[l1,l2,l3,D]:=Sigma(f[o,p,q,d-1]*f[l1-o,l2-p,l3-q,d]);

47 线性动态规划
------合唱队形
两次F:=max{f[j]+1}+枚举中央结点

48 资源问题
------明明的预算方案:加花的动态规划
f[i,j]:=max(f[i,j],f[l,j-v-v[fb]-v[fa]]+v*p+v[fb]*p[fb]+v[fa]*p[fa]);

49 资源问题
-----化工场装箱员

50 树形动态规划
-----聚会的快乐
f[i,2]:=max(f[i,0],f[i,1]);
f[i,1]:=sigma(f[t^.son,0]);
f[i,0]:=sigma(f[t^.son,3]);

51 树形动态规划
-----皇宫看守
f[i,2]:=max(f[i,0],f[i,1]);
f[i,1]:=sigma(f[t^.son,0]);
f[i,0]:=sigma(f[t^.son,3]);

52 递推天地
-----盒子与球
f[i,1]:=1;
f[i,j]:=j*(f[i-1,j-1]+f[i-1,j]);

53 双重动态规划
-----有限的基因序列
f:=min{f[j]+1}
g[c,i,j]:=(g[a,i,j] and g[b,i,j]) or (g[c,i,j])

54 最大子矩阵问题
-----居住空间
f[i,j,k]:=min(min(min(f[i-1,j,k],f[i,j-1,k]),
min(f[i,j,k-1],f[i-1,j-1,k])),
min(min(f[i-1,j,k-1],f[i,j-1,k-1]),
f[i-1,j-1,k-1]))+1;
55 线性动态规划
------日程安排
f:=max{f[j]}+P[I]; (e[j]<s)

56 递推天地
------组合数
C[I,j]:=C[i-1,j]+C[I-1,j-1]
C[I,0]:=1

57 树形动态规划
-----有向树k中值问题
F[I,r,k]:=max{max{f[l,I,j]+f[r,I,k-j-1]},f[f[l,r,j]+f[r,r,k-j]+w[I,r]]}

58 树形动态规划
-----CTSC 2001选课
F[I,j]:=w(if i∈P)+f[l,k]+f[r,m-k](0≤k≤m)(if l<>0)

59 线性动态规划
-----多重历史
f[i,j]:=sigma{f[i-k,j-1]}(if checked)

60 背包问题(+-1背包问题+回溯)
-----CEOI1998 Substract
f[i,j]:=f[i-1,j-a] or f[i-1,j+a]

61 线性动态规划(字符串)
-----NOI 2000 古城之谜
f[i,1,1]:=min{f[i+length(s),2,1], f[i+length(s),1,1]+1}f[i,1,2]:=min{f[i+length(s),1,2]+words[s],f[i+length(s),1,2]+words[s]}

62 线性动态规划
-----最少单词个数
f[i,j]:=max{f[I,j],f[u-1,j-1]+l}

63 线型动态规划
-----APIO2007 数据备份
状态压缩+剪掉每个阶段j前j*2个状态和j*2+200后的状态贪心动态规划
f:=min(g[i-2]+s,f[i-1]);
64 树形动态规划
-----APIO2007 风铃
f:=f[l]+f[r]+{1 (if c[l]<c[r])}
g:=1(d[l]<>d[r]) 0(d[l]=d[r])
g[l]=g[r]=1 then Halt;

65 地图动态规划
-----NOI 2005 adv19910
F[t,i,j]:=max{f[t-1,i-dx[d[[t]],j-dy[d[k]]]+1],f[t-1,i,j];

66 地图动态规划
-----优化的NOI 2005 adv19910
F[k,i,j]:=max{f[k-1,i,p]+1} j-b[k]<=p<=j;

67 目标动态规划
-----CEOI98 subtra
F[I,j]:=f[I-1,j+a] or f[i-1,j-a]

68 目标动态规划
----- Vijos 1037搭建双塔问题
F[value,delta]:=g[value+a,delta+a] or g[value,delta-a]

69 树形动态规划
-----有线电视网
f[i,p]:=max(f[i,p],f[i,p-q]+f[j,q]-map[i,j])
leaves>=p>=l, 1<=q<=p;

70 地图动态规划
-----vijos某题
F[I,j]:=min(f[i-1,j-1],f[I,j-1],f[i-1,j]);

71 最大子矩阵问题
-----最大字段和问题
f:=max(f[i-1]+b,b); f[1]:=b[1]

72 最大子矩阵问题
-----最大子立方体问题
枚举一组边i的起始,压缩进矩阵 B[I,j]+=a[x,I,j]
枚举另外一组边的其实,做最大子矩阵

73 括号序列
-----线型动态规划
f[I,j]:=min(f[I,j],f[i+1,j-1](ss[j]=”()”or(”[]”)),
f[I+1,j+1]+1 (s[j]=”(”or”[” ] , f[I,j-1]+1(s[j]=”)”or”]” )

74 棋盘切割
-----线型动态规划
f[k,x1,y1,x2,y2]=min{min{f[k-1,x1,y1,a,y2]+s[a+1,y1,x2,y2],
f[k-1,a+1,y1,x2,y2]+s[x1,y1,a,y2]
min{}}

75 概率动态规划
-----聪聪和可可(NOI2005)
x:=p[p[i,j],j]
f[I,j]:=(f[x,b[j,k]]+f[x,j])/(l[j]+1)+1
f[I,i]=0
f[x,j]=1

76 概率动态规划
-----血缘关系
F[A, B]=(f[A0, B]+P[A1, B])/2
f[I,i]=1
f[I,j]=0(I,j无相同基因)

77 线性动态规划
-----决斗
F[I,j]=(f[I,j] and f[k,j]) and (e[I,k] or e[j,k]),i<k<j

78 线性动态规划
-----舞蹈家
F[x,y,k]=min(f[a[k],y,k+1]+w[x,a[k]],f[x,a[k],k+1]+w[y,a[k]])

79 线性动态规划
-----积木游戏
F[I,a,b,k]=max(f[I,a+1,b,k],f[i+1,a+1,a+1,k’],f[I,a+1,a+1,k’])

80 树形动态规划(双次记录)
-----NOI2003 逃学的小孩
朴素的话枚举节点i和离其最远的两个节点 j,k O(n^2)
每个节点记录最大的两个值,并记录这最大值分别是从哪个相邻节点传过来的。当遍历到某个孩子节点的时候,只需检查最大值是否是从该孩子节点传递来的。如果是,就取次大,否则取最大值

81 树形动态规划(完全二叉树)
-----NOI2006 网络收费
F[I,j,k]表示在点i所管辖的所有用户中,有j个用户为A,在I的每个祖先u上,如果N[a]>N则标0否则标1,用二进制状态压缩进k中,在这种情况下的最小花费
F[I,j,k]:=min{f[l,u,k and (s<<(i-1))]+w1,f[r,j-u,k and(s<<(i-1))]}

82 树形动态规划
-----IOI2005 河流
F:=max

83 记忆化搜索
-----Vijos某题,忘了
F[pre,h,m]:=sigma{SDP(I,h+1,M+i)} (pre<=i<=M+1)

84 状态压缩动态规划
-----APIO 2007 动物园
f[I,k]:=f[i-1,k and not (1<<4)] + NewAddVal

85 树形动态规划
-----访问术馆
f[i,j-c×2]:= max ( f[l,k], f[r,j-c×2-k] )

86 字符串动态规划
-----Ural 1002 Phone
if exist((s,j,i-j)) then f:=min(f,f[j]+1);

87 多进程动态规划
-----CEOI 2005 service
Min( f[i,j,k], f[i-1,j,k] + c[t[i-1],t] )
Min( f[i,t[i-1],k], f[i-1,j,k] + c[j,t] )
Min( f[i,j,t[i-1]], f[i-1,j,k] + c[k,t] )

88 多进程动态规划
-----Vijos1143 三取方格数
max(f[i,j,k,l],f[i-1,j-R[m,1],k-R[m,2],l-R[m,3]]);
if (j=k) and (k=l) then inc(f[i,j,k,l],a[j,i-j]) else
if (j=k) then inc(f[i,j,k,l],a[j,i-j]+a[l,i-l]) else
if (k=l) then inc(f[i,j,k,l],a[j,i-j]+a[k,i-k]) else
if (j=l) then inc(f[i,j,k,l],a[j,i-j]+a[k,i-k]) else
inc(f[i,j,k,l],a[j,i-j]+a[k,i-k]+a[l,i-l]);

89 线型动态规划
-----IOI 2000 邮局问题
f[i,j]:=min(f[I,j],f[k,j-1]+d[k+1,i]);

90 线型动态规划
-----Vijos 1198 最佳课题选择
if j-k>=0 then Min(f[i,j],f[i-1,j-k]+time(i,k));
91 背包问题
----- USACO Raucous Rockers
多个背包,不可以重复放物品,但放物品的顺序有限制。
F[I,j,k]表示决策到第i个物品、第j个背包,此背包花费了k的空间。
f[I,j,k]:=max(f[I-1,j,k],f[I-1,j,k-t]+p,f[i-1,j-1,maxtime-t])

92 多进程动态规划
-----巡游加拿大(IOI95、USACO)
d[i,j]=max{d[k,j]+1(a[k,i] & j<k<i),d[j,k]+1(a[I,j] & (k<j))}。

f[i,j]表示从起点出发,一个人到达i,另一个人到达j时经过的城市数。d[i,j]=d[j,i],所以我们限制i>j
分析状态(i,j),它可能是(k,j)(j<k<i)中k到达i得到(方式1),也可能是(j,k)(k<j)中k超过j到达i得到(方式2)。但它不能是(i,k)(k<j)中k到达j得到,因为这样可能会出现重复路径。即使不会出现重复路径,那么它由(j,k)通过方式2同样可以得到,所以不会遗漏解 时间复杂度O(n3)

93 动态规划
-----ZOJ cheese
f[i,j]:=f[i-kk*zl[u,1],j-kk*zl[u,2]]+a[i-kk*zl[u,1],j-kk*zl[u,2]]

94 动态规划
-----NOI 2004 berry 线性
F[I,1]:=s
F[I,j]:=max{min{s-s[l-1]},f[l-1,j-1]} (2≤j≤k, j≤l≤i)

95 动态规划
-----NOI 2004 berry 完全无向图
F[I,j]:=f[i-1,j] or (j≥w) and (f[i-1,j-w])

96 动态规划
-----石子合并 四边形不等式优化
m[i,j]=max{m[i+1,j], m[i,j-1]}+t[i,j]

97 动态规划
-----CEOI 2005 service
(k≥long,i≥1)g[i, j, k]=max{g[i-1,j,k-long]+1,g[i-1,j,k]}
(k<long,i≥1) g[i, j, k]=max{g[i-1,j-1,t-long]+1,g[i-1,j,k]}
(0≤j≤m, 0≤k<t) g[0,j,k]=0;
ans:=g[n,m,0]。

状态优化:g[i, j]=min{g[i-1,j],g[i-1,j-1]+long}
其中(a, b)+long=(a’, b’)的计算方法为:
当b+long ≤t时: a’=a; b’=b+long;
当b+long >t时: a’=a+1; b’=long;
规划的边界条件:
当0≤i≤n时,g[i,0]=(0,0)

98 动态规划
-----AHOI 2006宝库通道
f[k]:=max{f[k-1]+x[k,j]-x[k,i-1], x[k,j]-x[k,i-1]}

99 动态规划
-----Travel
A) 费用最少的旅行计划。
设f表示从起点到第i个旅店住宿一天的最小费用;g表示从起点到第i个旅店住宿一天,在满足最小费用的前提下所需要的最少天数。那么:
f=f[x]+v, g=g[x]+1
x满足:
1、 x<i,且d – d[x] <= 800(一天的最大行程)。
2、 对于所有的t < i, d – d[t] <= 800,都必须满足:
A. g[x] < g[t](f[x] = f[t]时) B. f[x] < f[t] (其他情况)
f[0] = 0,g[0] = 0。 Ans:=f[n + 1],g[n+1]。

B). 天数最少的旅行计划。
方法其实和第一问十分类似。
设g’表示从起点到第i个旅店住宿一天的最少天数;f’表示从起点到第i个旅店住宿一天,在满足最小天数前提下所需要的最少费用。那么:
g’ = g’[x] + 1, f’ = f’[x] + v
x满足:
1、 x<i,且d – d[x] <= 800(一天的最大行程)。
2、 对于所有的t < i, d – d[t] <= 800,都必须满足:
f’[x] < f’[t] g’[x] = g’[t]时
g’[x] < g’[t] 其他情况
f’[0] = 0,g’[0] = 0。 Ans:=f’[n + 1],g’[n+1]。

100 动态规划
-----NOI 2007 cash
y:=f[j]/(a[j]*c[j]+b[j]);
g:=c[j]*y*a+y*b;
f:=max(f,g)

‘贰’ 会一点java,有面向对象编程基础,选择入门unity有很大难度吗应如何有效的入门

你可以对照着我们的课程大纲看一下自己的能力

C#语言

数据类型,常量,变量,运算符和表达式及命名规则
输入输出方法,数据类型转换
分支结构,循环,关系运算符,逻辑运算符
一维数组与foreach循环,冒泡排序与二维数组
枚举与结构体定义、结构体成员及访问

面向对象编程 类和面向对象概念,对象的字段成员
对象中的方法成员,方法类型详解
对象中的属性和方法参数
string字符串对象、装箱和拆箱、方法的重载和递归
构造和析构函数
抽象方法、虚方法,多态实现
静抽象类,静态类和单例设计模式

接口和泛型
集合、委托 接口介绍,接口实现多态
泛型方法、泛型类、泛型约束
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委托与事件、C#反射类、实现范例的Observer设计模式

实战项目及阶段考核 2048、随机抽奖系统、图书管理系统、乒乓球大对决
题库中随机抽题,包含笔试题、上机题,学生需在规定时间内作答

Unity引擎
开发基础 Unity面板及基本操作
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实战项目 打飞机、坦克大战、HelixJump、运转银河系、打砖块、接金币

2D精灵和UI Sprite精灵,图集的切割、打包,计算机2D图形学基础
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BehaviorDesigner插件,代码控制

我这有一个Unity学习交流,里面有大神也有小白,可以在群里甩问题啊,而且不定期分享学习资料 q.u.n.[887.207.898]q.u.n.备注:小白

A*算法 理解AStar算法原理;
代码实现AStar算法

Shader 图形学初探,基础知识;
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顶面着色器和表面着色器;
Shader案例

网络 Unet、HLAPI详解,网络版CS射击;
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实战项目
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项目管理 模块封装原理与规范,通用框架搭建,模块封装,消息中心、模块管理器、通信模块、编辑器扩展工具编写
热更新模块(资源热更、逻辑热更)、LuaUI架构、LuaSocket架构、Lua数据库架构、AssetBundle管理规则、AssetBundle自动打包
团队合作工具--SVN

综合项目 学生以小组为单位,组员分工,合作完成至少一个项目,包含但不限于:
RPG角色扮演游戏、ACT动作游戏、AVG冒险游戏、SLG策略游戏、FPS第一人称射击游戏、PZL益智类游戏、MSC音乐游戏、虚拟仿真、VR展示、AR游戏; 项目答辩:学员对本团队的项目进行讲解,讲师进行考核,模拟企业中技术面试环节对项目进行答辩

项目答辩
及评审 对于完成的项目分组进行答辩,按照功能实现、代码规范、以及完成度等进行打分

‘叁’ 【转载】AlphaGo原理解析

这些天都在没日没夜地关注一个话题,谷歌人工智能程序AlphaGo(国内网友亲切地称为“阿尔法狗”)以5:0击败欧洲职业围棋冠军樊麾二段,并在和世界冠军的比赛中2:0领先。
什么!!
19年前计算机击败国际象棋冠军卡斯帕罗夫的情景还历历在目,现在计算机又要来攻克围棋了吗!?
虚竹在天龙八部里自填一子,无意中以“自杀”破解“珍笼”棋局,逍遥子方才亲传掌门之位。难道以后“阿尔法狗”要出任逍遥派掌门了?
1933年,东渡日本19岁的吴清源迎战当时的日本棋坛霸主、已经60岁的本因坊秀哉,开局三招即是日本人从未见过的三三、星、天元布阵,快速进击逼得对方连连暂停“打卦”和弟子商量应对之策。随后以“新布局”开创棋坛新纪元。难道阿尔法狗会再造一个“新新布局”?
作为一个关心人工智能和人类命运的理科生,近些天刷了好些报道,记者们说“阿尔法狗是个‘价值神经网络’和‘策略神经网’络综合蒙特卡洛搜索树的程序”,但我觉得光知道这些概念是不够的。我想看看“阿尔法狗”的庐山真面目。

准备好棋盘和脑容量,一起来探索吧?

围棋棋盘是19x19路,所以一共是361个交叉点,每个交叉点有三种状态,可以用1表示黑子,-1表示白字,0表示无子,考虑到每个位置还可能有落子的时间、这个位置的气等其他信息,我们可以用一个361 * n维的向量来表示一个棋盘的状态。我们把一个棋盘状态向量记为s。
当状态s下,我们暂时不考虑无法落子的地方,可供下一步落子的空间也是361个。我们把下一步的落子的行动也用361维的向量来表示,记为a。
这样,设计一个围棋人工智能的程序,就转换成为了,任意给定一个s状态,寻找最好的应对策略a,让你的程序按照这个策略走,最后获得棋盘上最大的地盘。
如果你想要设计一个特别牛逼惊世骇俗的围棋程序,你会从哪里开始呢?对于在谷歌DeepMind工作的黄士杰和他的小伙伴而言,第一招是:

蒙特卡洛搜索树(Monte-Carlo Tree Search)是一种“大智若愚”的方法。面对一个空白棋盘S0,黄士杰的老师Coulum最初对围棋一无所知,便假设所有落子方法分值都相等,设为1。然后扔了一个骰子,从361种落子方法中随机选择一个走法a0。Coulum想象自己落子之后,棋盘状态变成S1,然后继续假设对手也和自己一样二逼,对方也扔了一个筛子,随便瞎走了一步,这时棋盘状态变成S2,于是这两个二逼青年一直扔骰子下棋,一路走到Sn,最后肯定也能分出一个胜负r,赢了就r记为1,输了则为0,假设这第一次r=1。这样Coulum便算是在心中模拟了完整的一盘围棋。
Coulum心想,这样随机扔骰子也能赢?运气不错啊,那把刚才那个落子方法(S0,a0)记下来,分值提高一些:

我刚才从(S0, a0)开始模拟赢了一次,r=1,那么新分数=2,除了第一步,后面几步运气也不错,那我把这些随机出的局面所对应落子方法(Si,ai)的分数都设为2吧。然后Coulum开始做第二次模拟,这次扔骰子的时候Coulum对围棋已经不是一无所知了,但也知道的不是太多,所以这次除(S0, a0)的分值是2之外,其他落子方法的分数还是1。再次选择a0的概率要比其他方法高一点点。
那位假想中的二逼对手也用同样的方法更新了自己的新分数,他会选择一个a1作为应对。如法炮制,Coulum又和想象中的对手又下了一盘稍微不那么二逼的棋,结果他又赢了,Coulum于是继续调整他的模拟路径上相应的分数,把它们都+1。随着想象中的棋局下得越来越多,那些看起来不错的落子方案的分数就会越来越高,而这些落子方案越是有前途,就会被更多的选中进行推演,于是最有“前途”的落子方法就会“涌现”出来。
最后,Coulum在想象中下完10万盘棋之后,选择他推演过次数最多的那个方案落子,而这时,Coulum才真正下了第一步棋。

蒙特卡洛搜索树华丽转身为相当深刻的方法,可以看到它有两个很有意思的特点:
1)没有任何人工的feature,完全依靠规则本身,通过不断想象自对弈来提高能力。这和深蓝战胜卡斯帕罗夫完全不同,深蓝包含了很多人工设计的规则。MCTS靠的是一种类似遗传算法的自我进化,让靠谱的方法自我涌现出来。让我想起了卡尔文在《大脑如何思维》中说的思维的达尔文主义[6]。
2)MCTS可以连续运行,在对手思考对策的同时自己也可以思考对策。Coulum下完第一步之后,完全不必要停下,可以继续进行想象中的对弈,直到对手落子。Coulum随后从对手落子之后的状态开始计算,但是之前的想象中的对弈完全可以保留,因为对手的落子完全可能出现在之前想象中的对弈中,所以之前的计算是有用的。这就像人在进行对弈的时候,可以不断思考,不会因为等待对手行动而中断。这一点Coulum的程序非常像人,酷毙了。
但黄士杰很快意识到他老师的程序仍然有局限:初始策略太简单。我们需要更高效地扔骰子。
如何更高效的扔骰子呢?
用P_human()来扔。

如果某一步被随机到很多次,就应该主要依据模拟得到的概率而非P_human。
所以P_human的初始分会被打个折扣:

这样就既可以用P_human快速定位比较好的落子方案,又给了其他位置一定的概率。看起来很美,然后实际操作中却发现:“然并卵”。因为,P_human()计算太慢了。
一次P_human()计算需要3ms,相对于原来随机扔骰子不到1us,慢了3000倍。如果不能快速模拟对局,就找不到妙招,棋力就不能提高。所以,黄士杰训练了一个简化版的P_human_fast(),把神经网络层数、输入特征都减少,耗时下降到了2us,基本满足了要求。先以P_human()来开局,走前面大概20多步,后面再使用P_human_fast()快速走到最后。兼顾了准确度和效率。
这样便综合了深度神经网络和MCTS两种方案,此时黄士杰的围棋程序已经可以战胜所有其他电脑,虽然距离人类职业选手仍有不小的差距,但他在2015年那篇论文的最后部分信心满满的表示:“我们围棋软件所使用的神经网络和蒙特卡洛方法都可以随着训练集的增长和计算力的加强(比如增加CPU数)而同步增强,我们正前进在正确的道路上。”
看样子,下一步的突破很快就将到来。同年2月,黄士杰在Deepmind的同事在顶级学术期刊nature上发表了“用神经网络打游戏”的文章[2]。这篇神作,为进一步提高MCTS的棋力,指明了前进的新方向:

红白机很多人小时候都玩过,你能都打通吗?黄士杰的同事通过“强化学习”方法训练的程序在类似红白机的游戏机上打通了200多个游戏,大多数得分都比人类还好。

“强化学习”是一类机器学习方法,Agent通过和环境s的交互,选择下一步的动作a,这个动作会影响环境s,给Agent一个reward,Agent然后继续和环境交互。游戏结束的时候,Agent得到一个最后总分r。这时我们把之前的环境状态s、动作a匹配起来就得到了一系列<s,a>,设定目标为最后的总得分r,我们可以训练一个神经网络去拟合在状态s下,做动作a的总得分。下一次玩游戏的时候,我们就可以根据当前状态s,去选择最后总得分最大的动作a。通过不断玩游戏,我们对<s,a>下总得分的估计就会越来越准确,游戏也玩儿得越来越好。
打砖块游戏有一个秘诀:把球打到墙的后面去,球就会自己反弹得分。强化学习的程序在玩了600盘以后,学到这个秘诀:球快要把墙打穿的时候评价函数v的分值就会急剧上升。

机器学习的开山鼻祖Samuel早在1967年就用自对弈的方法来学习国际跳棋[7],而之前的蒙特卡洛搜索树也是一个自对弈的过程。但是现在黄士杰不仅有一个从人类对弈中学习出的P_human这样一个高起点,而且有一个神经网络可以从对弈样本中学习,有理由相信这次会有更好的结果。

黄士杰准备在MCTS框架之上融合局面评估函数v()。这次还是用P_human作为初始分开局,每局选择分数最高的方案落子,下到第L步之后,改用P_human_fast把剩下的棋局走完,同时调用v(SL),评估局面的获胜概率。然后按照如下规则更新整个树的分数:

前两项和原来一样,如果待更新的节点就是叶子节点,那局面评估分就是v(SL)。如果是待更新的节点是上级节点,局面评估分是该节点所有叶子节点v()的平均值。
如果v()表示大局观,“P_human_fast模拟对局”表示快速验算,那么上面的方法就是大局观和快速模拟验算并重。如果你不服,非要做一个0.5: 0.5之外的权重,黄士杰团队已经实验了目前的程序对阵其他权重有95%的胜率。
以上,便是阿尔法狗的庐山真面目。

上图演示了阿尔法狗和樊麾对弈时的计算过程,阿尔法狗执黑,红圈是阿尔法狗实际落子的地方。1、2、3和后面的数字表示他想象中的之后双方下一步落子的地方。白色方框是樊麾的实际落子。在复盘时,樊麾觉得位置1的走法更好。
深度学习、蒙特卡洛搜索树,自我进化三招齐出,所有其他围棋ai都毫无还手之力。99%的胜率不说,“阿尔法狗”还可以在让四子的情况下以77%的胜率击败crazystone。“阿尔法狗”利用超过170个GPU,粗略估算超过800万核并行计算,不仅有前期训练过程中模仿人类,自我对弈不断进化,还有实战时的模拟对局可以实时进化,已经把现有方法发挥到了极限,是目前人工智能领域绝对的巅峰之作。

围棋是NP-hard问题,如果用一个原子来存储围棋可能的状态,把全宇宙的原子加起来都不够储存所有的状态。于是我们把这样的问题转换为寻找一个函数P,当状态为S时,计算最优的落子方案a = P(s)。我们看到,无论是“狂拽酷炫”的深度学习,还是“大智若愚”的MCTS,都是对P(s)的越来越精确的估计,但即使引入了“左右互搏”来强化学习,黄士杰和团队仍然做了大量的细节工作。所以只有一步一个脚印,面对挑战不断拆解,用耐心与细心,还有辛勤的汗水,才能取得一点又一点的进步,而这些进步积累在一起,终于让计算机达到并超过了人类职业选手的水平。

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