动态规划
背景
给定一个三角形,找出自顶向下的最小路径和。每一步只能移动到下一行中相邻的结点上。
例如,给定三角形:
[
[2],
[3,4],
[6,5,7],
[4,1,8,3]
]自顶向下的最小路径和为 11(即,2 + 3 + 5 + 1 = 11)。
DFS
使用 DFS:
// 会超时
public int MinimumTotal(IList<IList<int>> triangle)
{
return DFS(0, 0, triangle);
}
// 返回值表示从x, y处到底部的最小路径和
private int DFS(int x, int y, IList<IList<int>> triangle)
{
if (x == triangle.Count - 1)
{
return triangle[x][y];
}
int minLeft = DFS(x + 1, y, triangle);
int minRight = DFS(x + 1, y + 1, triangle);
return Math.Min(minLeft, minRight) + triangle[x][y];
}DFS的优化
优化 DFS,缓存已经被计算的值(称为:记忆化搜索 本质上:动态规划)
从DFS到动态规划
动态规划就是把大问题变成小问题,并解决了小问题重复计算的方法称为动态规划
动态规划和 DFS 区别
二叉树 子问题是没有交集,所以大部分二叉树都用递归或者分治法,即 DFS,就可以解决
像 triangle 这种是有重复走的情况,子问题是有交集,所以可以用动态规划来解决
自底向上
自顶向下
空间优化
经过观察发现当前状态只与上一批状态有关,所以二维数组可以优化为一位数组,减少空间占用。
除此之外,也可以覆盖原有数据以实现空间复用。
使用场景
满足两个条件
满足以下条件之一
求最大/最小值(Maximum/Minimum )
求是否可行(Yes/No )
求可行个数(Count(*) )
满足不能排序或者交换(Can not sort / swap )
如题:longest-consecutive-sequence 位置可以交换,所以不用动态规划
四点要素
状态 State
灵感,创造力,存储小规模问题的结果
方程 Function
状态之间的联系,怎么通过小的状态,来算大的状态
初始化 Intialization
最极限的小状态是什么, 起点
答案 Answer
最大的那个状态是什么,终点
常见四种类型
Matrix DP (10%)
Sequence (40%)
Two Sequences DP (40%)
Backpack (10%)
注意点
贪心算法大多题目靠背答案,所以如果能用动态规划就尽量用动规,不用贪心算法
矩阵类型
最小路径和
给定一个包含非负整数的
m x n网格grid,请找出一条从左上角到右下角的路径,使得路径上的数字总和为最小。说明:每次只能向下或者向右移动一步。
示例 1:
示例 2:
不同路径
一个机器人位于一个
m x n网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )。机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。
问总共有多少条不同的路径?
示例 1:
示例 2:
不同路径 II
一个机器人位于一个
m x n网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )。 机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。问总共有多少条不同的路径?
现在考虑网格中有障碍物。那么从左上角到右下角将会有多少条不同的路径?
网格中的障碍物和空位置分别用
1和0来表示。示例 1:
输入:obstacleGrid = [[0,0,0],[0,1,0],[0,0,0]]
输出:2
解释: 3x3 网格的正中间有一个障碍物。 从左上角到右下角一共有 2 条不同的路径:
向右 -> 向右 -> 向下 -> 向下
向下 -> 向下 -> 向右 -> 向右
示例 2:
输入:obstacleGrid = [[0,1],[0,0]]
输出:1
序列类型
爬楼梯
假设你正在爬楼梯。需要
n阶你才能到达楼顶。每次你可以爬
1或2个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶?
跳跃游戏
给你一个非负整数数组
nums,你最初位于数组的 第一个下标 。数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。判断你是否能够到达最后一个下标,如果可以,返回
true;否则,返回false。
跳跃游戏-ii
给定一个长度为
n的0索引整数数组 nums。初始位置为nums[0]。每个元素
nums[i]表示从索引i向前跳转的最大长度。换句话说,如果你在nums[i]处,你可以跳转到任意nums[i + j]处:
0 <= j <= nums[i]i + j < n返回到达nums[n - 1]的最小跳跃次数。生成的测试用例可以到达nums[n - 1]。
v1 动态规划
v2 动态规划+贪心算法
分割回文串-ii
给你一个字符串
s,请你将s分割成一些子串,使每个子串都是回文。返回符合要求的 最少分割次数。
注意点
判断回文字符串时,可以提前用动态规划算好,减少时间复杂度
最长递增子序列
给你一个整数数组
nums,找到其中最长严格递增子序列的长度。子序列 是由数组派生而来的序列,删除(或不删除)数组中的元素而不改变其余元素的顺序。例如,
[3,6,2,7]是数组[0,3,1,6,2,2,7]的子序列。
单词拆分
给你一个字符串
s和一个字符串列表wordDict作为字典。请你判断是否可以利用字典中出现的单词拼接出s。注意:不要求字典中出现的单词全部都使用,并且字典中的单词可以重复使用。
示例 1:
输入: s = "leetcode", wordDict = ["leet", "code"]
输出: true
解释: 返回 true 因为 "leetcode" 可以由 "leet" 和 "code" 拼接成。
示例 2:
输入: s = "applepenapple", wordDict = ["apple", "pen"]
输出: true
解释: 返回 true 因为 "applepenapple" 可以由 "apple" "pen" "apple" 拼接成。
示例 3:
输入: s = "catsandog", wordDict = ["cats", "dog", "sand", "and", "cat"]
输出: false
小结
常见处理方式是给 0 位置占位,这样处理问题时一视同仁,初始化则在原来基础上 length+1,返回结果 f[n]
状态可以为前 i 个
初始化
length+1取值
index=i-1返回值:
f[n]或者f[m][n]
双序列类型
最长公共子序列
给定两个字符串
text1和text2,返回这两个字符串的最长 公共子序列 的长度。如果不存在 公共子序列,返回0。一个字符串的 子序列 是指这样一个新的字符串:它是由原字符串在不改变字符的相对顺序的情况下删除某些字符(也可以不删除任何字符)后组成的新字符串。 例如,
"ace"是"abcde"的子序列,但"aec"不是"abcde"的子序列。两个字符串的 公共子序列 是这两个字符串所共同拥有的子序列。
注意点
从 1 开始遍历到最大长度
索引需要减一
编辑距离
给你两个单词
word1和word2,请你计算出将word1转换成word2所使用的最少操作数 。你可以对一个单词进行如下三种操作:
插入一个字符
删除一个字符
替换一个字符
思路:和上题很类似,相等则不需要操作,否则取删除、插入、替换最小操作次数的值+1
说明
另外一种做法:MAXLEN(a,b)-LCS(a,b)
零钱和背包
零钱兑换
给你一个整数数组
coins,表示不同面额的硬币;以及一个整数amount,表示总金额。计算并返回可以凑成总金额所需的 最少的硬币个数 。如果没有任何一种硬币组合能组成总金额,返回
-1。你可以认为每种硬币的数量是无限的。
思路:和其他 DP 不太一样,i 表示钱或者容量
零钱兑换 ii
给你一个整数数组
coins表示不同面额的硬币,另给一个整数amount表示总金额。请你计算并返回可以凑成总金额的硬币组合数。如果任何硬币组合都无法凑出总金额,返回 0 。
假设每一种面额的硬币有无限个。
题目数据保证结果符合 32 位带符号整数。
背包问题
在
n个物品中挑选若干物品装入背包,最多能装多满?假设背包的大小为m,每个物品的大小为 Ai(每个物品只能选择一次且物品大小均为正整数)
背包问题-ii
有
n个物品和一个大小为m的背包. 给定数组A表示每个物品的大小和数组V表示每个物品的价值.问最多能装入背包的总价值是多大?
思路:f[i][j] 前 i 个物品,装入 j 背包 最大价值
分割等和子集
给定一个 只包含正整数 的 非空 数组。请你判断是否可以将这个数组分割成两个子集,使得两个子集的元素和相等。
等价于0-1背包问题,只不过目标为数组和的一半。状态转移可以参考题解:动态规划(转换为 0-1 背包问题)。
练习
Matrix DP (10%)
Sequence (40%)
Two Sequences DP (40%)
Backpack & Coin Change (10%)
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