动态规划(DP)
印章
资源限制
时间限制:1.0s 内存限制:256.0MB
问题叙述
共有n种图案的印章,每种图案的出现概率相同。小A买了m张印章,求小A集齐n种印章的概率。
输入格式
一行两个正整数n和m
输出格式
一个实数P表示答案,保留4位小数。
样例输入
2 3
样例输出
0.7500
数据规模和约定
1≤n,m≤20
思路分析
首先建立一个二维数组 dp[m][n]
数组中的每个元素dp[i][j]表示买i张集齐j种的概率(假设数组下标从1开始,方便理解)
假设有3种图案,买了3张。
我们先来看一般情况:
分析:n种图案,买m张,买到每种图案的概率p=1/n。当买的张数比图案总数小的时候,那必然不能集齐。也就是当i<j时,dp[i][j]=0。
分析:当j=1时,也就是凑齐一种即可,买一张凑齐一种的概率是1,买两张凑齐一种(这一种是任意一种,所以概率要乘以n)的概率是p^2*n,买i张凑齐一种的概率是p^i*n,又p=1/n,故买i张凑齐1中的概率是p^(i-1)。
然后再看看其他情况:
分析;当我们想计算2张2种的情况时,可以由1张1种的基础上,再买到不同于这1张的其余两张,也就是dp[2][2]=dp[1][1]*p*2=2/3。
当我们想计算3张2种的情况是,可以由2张2种的基础上,再买到1种已拥有的,或者由2张1种的情况下,买到1种未拥有的,也就是dp[3][2]=dp[2][2]*p*2+dp[2][1]*p*2=6/9。综上所述,dp[i][j]=dp[i-1][j]*(j*p)+dp[i-1][j-1]*(n-j+1)*p;(注:此解的数组下标从1开始,下文的Java代码数组下标从0开始)
依次类推就能计算出3张3种的结果了。
Code
1 | import java.text.DecimalFormat; |
拿金币
资源限制
时间限制:1.0s 内存限制:256.0MB
问题叙述
有一个N x N的方格,每一个格子都有一些金币,只要站在格子里就能拿到里面的金币。你站在最左上角的格子里,每次可以从一个格子走到它右边或下边的格子里。请问如何走才能拿到最多的金币。
输入格式
第一行输入一个正整数n。
以下n行描述该方格。金币数保证是不超过1000的正整数。
输出格式
最多能拿金币数量。
样例输入
3
1 3 3
2 2 2
3 1 2
样例输出
11
数据规模和约定
n<=1000
思路分析
跟上题一样,先建立一个二维数组dp[n][n]
数组中的每个元素dp[i][j]表示到达该位置时,所获得的最大金币数。
分析:一层一层遍历就好了,当j==0时,也就是在第一行,每个格子所获得的的最大金币数即为:本格子的金币数,加上左边格子所获得的的最大金币数,arr[i][j] += arr[i][j - 1];
当i==0时,也就是在第一列,第一列的每个格子能获取到的最大金币数为:本格子的金币数,加上上方格子的获取到的最大金币数,arr[i][j] += arr[i - 1][j];。(图示仅限于方便理解,实际上是一层一层出结果的,不是图中先把第一行第一列的结果算完。)
当我们算到中间格子时,就出现了选择,要想获取最大金币数,那就应该用本格的金币数,加上MAX(上边格子,左边格子),很显然选择上边格子能获取到最大金币数。也就是
arr[i][j] += Math.max(arr[i - 1][j], arr[i][j - 1]);
Code
1 | import java.util.Scanner; |
摆动序列
来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/wiggle-subsequence
问题叙述
如果连续数字之间的差严格地在正数和负数之间交替,则数字序列称为 摆动序列 。第一个差(如果存在的话)可能是正数或负数。仅有一个元素或者含两个不等元素的序列也视作摆动序列。
例如, [1, 7, 4, 9, 2, 5] 是一个 摆动序列 ,因为差值 (6, -3, 5, -7, 3) 是正负交替出现的。
相反,[1, 4, 7, 2, 5] 和 [1, 7, 4, 5, 5] 不是摆动序列,第一个序列是因为它的前两个差值都是正数,第二个序列是因为它的最后一个差值为零。
子序列 可以通过从原始序列中删除一些(也可以不删除)元素来获得,剩下的元素保持其原始顺序。
给你一个整数数组 nums ,返回 nums 中作为 摆动序列 的 最长子序列的长度 。
示例 1
输入:nums = [1,7,4,9,2,5]
输出:6
解释:整个序列均为摆动序列,各元素之间的差值为 (6, -3, 5, -7, 3) 。
示例 2
输入:nums = [1,17,5,10,13,15,10,5,16,8]
输出:7
解释:这个序列包含几个长度为 7 摆动序列。
其中一个是 [1, 17, 10, 13, 10, 16, 8] ,各元素之间的差值为 (16, -7, 3, -3, 6, -8) 。
示例 3
输入:nums = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
输出:2
提示
1 <= nums.length <= 1000
0 <= nums[i] <= 1000
思路分析
up[i]表示 从0~i中 最后两个数字是递增的最长摆动序列
down[i]表示 从0~i中 最后两个数字是递减的最长摆动序列
下面进行分类讨论
nums[i+1]>nums[i] 最后两个数字是递增的 nums[i-1]和nums[i]
拿示例2举例
17>1 up = down+1 = 2
5<17 down = up+1 = 3
10>5 up = down+1 = 4
13>10 up = down+1 = 4
15>13 up = down+1 = 4
10<15 down = up+1 = 5
5<10 down = up+1 = 5
16>5 up = down+1 = 6
8<16 down = up+1 = 7
连续的up操作或者down操作是无效的 数据不会更新
只有up和down交替操作 数据才会更新 从而达到摆动序列的效果
Code
1 | class Solution { |
最大子序列和
来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/maximum-subarray
问题叙述
给你一个整数数组 nums ,请你找出一个具有最大和的连续子数组(子数组最少包含一个元素),返回其最大和。
子数组 是数组中的一个连续部分。
示例 1
输入:nums = [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4]
输出:6
解释:连续子数组 [4,-1,2,1] 的和最大,为 6 。
示例 2
输入:nums = [1]
输出:1
示例 3
输入:nums = [5,4,-1,7,8]
输出:23
提示
1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
思路分析
创建一个等长的一维数组dp[nums.length]
数组中的每一个元素dp[i]是以nums[i]结尾的最大子序列和
初始化dp[0]=nums[0]
则状态转移方程为dp[i]=Math.max(dp[i-1]+nums[i],nums[i])
每次遍历完一个元素之后 实时保存一下最大值 最后作为结果返回即可
Code
1 | class Solution { |
斐波那契数
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/fibonacci-number/
问题叙述
斐波那契数 (通常用 F(n) 表示)形成的序列称为 斐波那契数列 。该数列由 0 和 1 开始,后面的每一项数字都是前面两项数字的和。也就是:
F(0) = 0,F(1) = 1
F(n) = F(n - 1) + F(n - 2),其中 n > 1
给定 n ,请计算 F(n) 。
示例 1
输入:n = 2
输出:1
解释:F(2) = F(1) + F(0) = 1 + 0 = 1
示例 2
输入:n = 3
输出:2
解释:F(3) = F(2) + F(1) = 1 + 1 = 2
示例 3
输入:n = 4
输出:3
解释:F(4) = F(3) + F(2) = 2 + 1 = 3
提示
0 <= n <= 30
思路分析
状态转移方程题目中已经给出
F(0) = 0,F(1) = 1
F(n) = F(n - 1) + F(n - 2),其中 n > 1
Code
1 | class Solution { |
爬楼梯
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/climbing-stairs/
问题叙述
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呢?
示例 1
输入:n = 2
输出:2
解释:有两种方法可以爬到楼顶。
- 1 阶 + 1 阶
- 2 阶
示例 2
输入:n = 3
输出:3
解释:有三种方法可以爬到楼顶。
- 1 阶 + 1 阶 + 1 阶
- 1 阶 + 2 阶
- 2 阶 + 1 阶
提示
1 <= n <= 45
思路分析
dp[i]表示到达第i阶台阶的种数
到达第i阶台阶 只能由第i-1阶走一步 或者i-2阶走两步
所以到第i阶的种数 就是第i-1阶和第i-2阶的种数之和
状态转移方程 dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
初始化 dp[1] = 1; dp[2] = 2;
Code
1 | class Solution { |
使用最小花费爬楼梯
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/min-cost-climbing-stairs/
问题叙述
给你一个整数数组 cost ,其中 cost[i] 是从楼梯第 i 个台阶向上爬需要支付的费用。一旦你支付此费用,即可选择向上爬一个或者两个台阶。
你可以选择从下标为 0 或下标为 1 的台阶开始爬楼梯。
请你计算并返回达到楼梯顶部的最低花费。
示例 1
输入:cost = [10,15,20]
输出:15
解释:你将从下标为 1 的台阶开始。
支付 15 ,向上爬两个台阶,到达楼梯顶部。
总花费为 15 。
示例 2
输入:cost = [1,100,1,1,1,100,1,1,100,1]
输出:6
解释:你将从下标为 0 的台阶开始。
- 支付 1 ,向上爬两个台阶,到达下标为 2 的台阶。
- 支付 1 ,向上爬两个台阶,到达下标为 4 的台阶。
- 支付 1 ,向上爬两个台阶,到达下标为 6 的台阶。
- 支付 1 ,向上爬一个台阶,到达下标为 7 的台阶。
- 支付 1 ,向上爬两个台阶,到达下标为 9 的台阶。
- 支付 1 ,向上爬一个台阶,到达楼梯顶部。
总花费为 6 。
提示
2 <= cost.length <= 1000
0 <= cost[i] <= 999
思路分析
dp[i]表示到达第i阶台阶的最小花费
由于可以从下标0或下标1起步
那么就可以初始化dp[0] = 0; dp[1] = 0;
状态转移方程 dp[i] = Math.min(dp[i - 1] + cost[i - 1], dp[i - 2] + cost[i - 2]);
到达第i阶台阶
可以由第i-1阶台阶 花费cost[i-1]到达
也可由第i-2阶台阶 花费cost[i-2]到达
从二者中取最小值
Code
1 | class Solution { |
不同路径
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/unique-paths/
问题叙述
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
输入:m = 3, n = 7
输出:28
示例 2
输入:m = 3, n = 2
输出:3
解释:
从左上角开始,总共有 3 条路径可以到达右下角。
- 向右 -> 向下 -> 向下
- 向下 -> 向下 -> 向右
- 向下 -> 向右 -> 向下
示例 3
输入:m = 7, n = 3
输出:28
示例 4
输入:m = 3, n = 3
输出:6
提示
1 <= m, n <= 100
题目数据保证答案小于等于 2 * 10^9
思路分析
dp[i][j]表示 走到第i行第j列 的路径条数
第一行和第一列只有一种走法 所以初始化为1即可
由于只能往右走和往下走
所以每个位置 只能由其上方或者左方走来
所以状态转移方程为 dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1];
Code
1 | class Solution { |
不同路径II
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/unique-paths-ii/
问题叙述
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”)。
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
提示
m == obstacleGrid.length
n == obstacleGrid[i].length
1 <= m, n <= 100
obstacleGrid[i][j] 为 0 或 1
思路分析
跟上题一样 不过在初始化时 需要判断当前位置不是障碍物
Code
1 | class Solution { |
整数拆分
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/integer-break/
问题叙述
给定一个正整数 n ,将其拆分为 k 个 正整数 的和( k >= 2 ),并使这些整数的乘积最大化。
返回 你可以获得的最大乘积 。
示例 1
输入: n = 2
输出: 1
解释: 2 = 1 + 1, 1 × 1 = 1。
示例 1
输入: n = 10
输出: 36
解释: 10 = 3 + 3 + 4, 3 × 3 × 4 = 36。
提示
2 <= n <= 58
思路分析
dp[i] 表示将i拆解为若干个整数 获得的最大乘积值
由于题目中的范围是[2,58]
所以我们先初始化 dp[2] = 1;
如何得到dp[i]
j从1到i-1遍历
dp[i] = i * (i - j) 或者 dp[i] = j * dp[i - j]
每次遍历从中取最大值
所以状态转移方程为 dp[i] = Math.max(dp[i], Math.max(j * (i - j), j * dp[i - j]));
Code
1 | class Solution { |
分割等和子集
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/partition-equal-subset-sum/
问题叙述
给你一个 只包含正整数 的 非空 数组 nums 。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。
示例 1
输入:nums = [1,5,11,5]
输出:true
解释:数组可以分割成 [1, 5, 5] 和 [11] 。
示例 2
输入:nums = [1,2,3,5]
输出:false
解释:数组不能分割成两个元素和相等的子集。
提示
1 <= nums.length <= 200
1 <= nums[i] <= 100
思路分析
转化为01背包问题
dp[j]表示容量为j的背包 从前i个元素中任取 能装下的最大物品之和
如果数组之和为奇数 则不可能分为两个和相等的子集 直接return false;
最终我们判断容量为sum/2的背包 最多能装下多少物品
也就是 return dp[sum/2] == sum/2;
状态转移方程分析
每种数字只有取与不取两种状态
如果不取的话 那么dp[j]保持上一步的状态即可
如果取的话 需要腾出对应的空间 也就是在dp[j-nums[i]]的基础上 数字所占空间nums[i]
所以状态转移方程为
一维:dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - num] + num);
二维:dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - nums[i]] + nums[i]);
Code
1 | //一维DP |
最后一块石头的重量II
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/last-stone-weight-ii/
问题叙述
有一堆石头,用整数数组 stones 表示。其中 stones[i] 表示第 i 块石头的重量。
每一回合,从中选出任意两块石头,然后将它们一起粉碎。假设石头的重量分别为 x 和 y,且 x <= y。那么粉碎的可能结果如下:
如果 x == y,那么两块石头都会被完全粉碎;
如果 x != y,那么重量为 x 的石头将会完全粉碎,而重量为 y 的石头新重量为 y-x。
最后,最多只会剩下一块 石头。返回此石头 最小的可能重量 。如果没有石头剩下,就返回 0。
示例 1
输入:stones = [2,7,4,1,8,1]
输出:1
解释:
组合 2 和 4,得到 2,所以数组转化为 [2,7,1,8,1],
组合 7 和 8,得到 1,所以数组转化为 [2,1,1,1],
组合 2 和 1,得到 1,所以数组转化为 [1,1,1],
组合 1 和 1,得到 0,所以数组转化为 [1],这就是最优值。
示例 2
输入:stones = [31,26,33,21,40]
输出:5
示例 3
输入:stones = [1,2]
输出:1
提示
1 <= stones.length <= 30
1 <= stones[i] <= 100
思路分析
转化为01背包问题
题目想要最后一块石头的重量最小
那我们就把石头分成两堆 使两堆石头的质量差值最小即可
那我们就可以把问题转化为 容量为sum/2的背包 最多能装下多重的石头
设这背包的最大重量为A
那另一堆的重量为sum-A
题目所求则是 sum-A-A=sum-2A
将sum-2A作为最终结果返回即可
状态转移方程分析
每种物品只有取与不取两种状态
如果不取的话 那么dp[j]保持上一步的状态即可
如果取的话 需要腾出对应的空间 也就是在dp[j-stones[i]]的基础上 加上石头的质量stones[i]
所以状态转移方程为
一维:dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - num] + num);
二维:dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - nums[i]] + nums[i]);
Code
1 | //一维DP |
目标和
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/target-sum/
问题叙述
给你一个整数数组 nums 和一个整数 target 。
向数组中的每个整数前添加 ‘+’ 或 ‘-’ ,然后串联起所有整数,可以构造一个 表达式 :
例如,nums = [2, 1] ,可以在 2 之前添加 ‘+’ ,在 1 之前添加 ‘-’ ,然后串联起来得到表达式 “+2-1” 。
返回可以通过上述方法构造的、运算结果等于 target 的不同 表达式 的数目。
示例 1
输入:nums = [1,1,1,1,1], target = 3
输出:5
解释:一共有 5 种方法让最终目标和为 3 。
-1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 3
+1 - 1 + 1 + 1 + 1 = 3
+1 + 1 - 1 + 1 + 1 = 3
+1 + 1 + 1 - 1 + 1 = 3
+1 + 1 + 1 + 1 - 1 = 3
示例 2
输入:nums = [1], target = 1
输出:1
提示
1 <= nums.length <= 20
0 <= nums[i] <= 1000
0 <= sum(nums[i]) <= 1000
-1000 <= target <= 1000
思路分析
转化为01背包问题
题目意思是 随便加 加减符号 求凑出某个数的方法数
那我们就可以把这堆数 分为两个子集 然后做差 使差值为target
两个子集A和B
A + B = sum
A - B = target
2 * A = sum + target
A = (sum + target) / 2
每个A都对应着唯一的B和target 所以我们求出能凑出A的所有子集种类即可
dp[j] 表示填满容量为j的背包 有多少种方法
填满容量为j - nums[i]的背包,有dp[j - nums[i]]种方法。
所以状态转移方程为 dp[j] += dp[j - nums[i]]
Code
1 | class Solution { |
一和零
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/ones-and-zeroes/
问题叙述
给你一个二进制字符串数组 strs 和两个整数 m 和 n 。
请你找出并返回 strs 的最大子集的长度,该子集中 最多 有 m 个 0 和 n 个 1 。
如果 x 的所有元素也是 y 的元素,集合 x 是集合 y 的 子集 。
示例 1
输入:strs = [“10”, “0001”, “111001”, “1”, “0”], m = 5, n = 3
输出:4
解释:最多有 5 个 0 和 3 个 1 的最大子集是 {“10”,“0001”,“1”,“0”} ,因此答案是 4 。
其他满足题意但较小的子集包括 {“0001”,“1”} 和 {“10”,“1”,“0”} 。{“111001”} 不满足题意,因为它含 4 个 1 ,大于 n 的值 3 。
示例 2
输入:strs = [“10”, “0”, “1”], m = 1, n = 1
输出:2
解释:最大的子集是 {“0”, “1”} ,所以答案是 2 。
提示
1 <= strs.length <= 600
1 <= strs[i].length <= 100
strs[i] 仅由 ‘0’ 和 ‘1’ 组成
1 <= m, n <= 100
思路分析
转化为01背包问题 只不过有两个背包容量
dp[i][j]表示 使用i个0 j个1的情况下,可以得到的最大字符串数量
如果i < 当前字符串的ZeroCount 或者 j < 当前字符串的OneCount 则不能选取当前字符串 dp[i][j]保持不变
如果i >= 当前字符串的ZeroCount 且 j >= 当前字符串的OneCount 则可以选取当前字符串 也就是dp[i - ZeroCount][j - OneCount]+1
从这两种情况中 取最大字符串数量
所以状态转移方程为 dp[i][j] = Math.max(dp[i - OneCount][j - ZeroCount]+1, dp[i][j]);
Code
1 | public class Solution { |
零钱兑换II
来源:力扣(Leetcode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/coin-change-2/
问题叙述
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。
示例 1
输入:amount = 5, coins = [1, 2, 5]
输出:4
解释:有四种方式可以凑成总金额:
5=5
5=2+2+1
5=2+1+1+1
5=1+1+1+1+1
示例 2
输入:amount = 3, coins = [2]
输出:0
解释:只用面额 2 的硬币不能凑成总金额 3 。
示例 3
输入:amount = 10, coins = [10]
输出:1
提示
1 <= coins.length <= 300
1 <= coins[i] <= 5000
coins 中的所有值 互不相同
0 <= amount <= 5000
思路分析
完全背包问题 每个元素可以无限取 正序遍历
dp[j] 表示凑成总金额j的货币组合数为 dp[j]
dp[j] 就是所有的dp[j - coins[i]]相加
所以状态转移方程为:dp[j] += dp[j - coins[i]];
Code
1 | class Solution { |