动态规划的解题思路

Posted 2021-04-18 码上新视界

动态规划是一个有意思的解算法题目的思路，其主要是采用将重叠问题，进行逐层分解，阶梯思路：

1. 状态转移
2. 状态转移方程（和类似子集的关系）

爬楼梯(climbing-stairs)

爬楼梯 是leetcode的最基本的题目，其描述如下：

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？

注意：给定 n 是一个正整数。

示例 1：

输入：2
输出：2
解释：有两种方法可以爬到楼顶。
1.  1 阶 + 1 阶
2.  2 阶

示例 2：

输入：3
输出：3
解释：有三种方法可以爬到楼顶。
1.  1 阶 + 1 阶 + 1 阶
2.  1 阶 + 2 阶
3.  2 阶 + 1 阶

这个其实是可以可以先推理：

f(1) = 1
f(2) 可以分为是1阶+1阶 也可以直接2阶 故f(2)= 2
f(3) 可以先到2层，第三层一步，也可以先到1层，到第三层跨两阶，怎么到达第二层，这就需要用到f(2) 所以结果应该是f(1)+f(2) = 3

f(4) 假如最后一步是爬了2阶，则前面必须先到第2层 或者最后一步是爬了1阶，则前面必须先到第3阶。所以f(4) = f(2)+f(3)=5

依次类推就可以得到f(n) = f(n-1)+f(n-2)

最后得到状态转移放方程式：f(n) = f(n-1)+f(n-2)(n>2) 故最后的代码如下：

 public int climbStairs(int n) {

        int[] numbers = new int[n + 1];
        for (int i = 0; i < n + 1; i++) {
            numbers[i] = 0;
        }

        numbers[0] = 1;
        numbers[1] = 1;
        for (int j = 2; j < n + 1; j++) {
            numbers[j] = ((j - 1 >= 0) ? numbers[j - 1] : 1) +
                    ((j - 2 >= 0) ? numbers[j - 2] : 0);
        }
        return numbers[n];


    }

有了上面的例子,可以解题其他的例子：
322. 零钱兑换
198. 打家劫舍
参考答案见文末

最长的公共子串

求两个字符串中最长的公共子串

示例 1.

输入：str1 = "1A2345cd", str2="12345ef"
输出： 4
解释： 都含有2345，故长度为4。

示例 2.

输入：str1 = "1A2e3345cd", str2="1Af3345cd"
输出： 6
解释： 都含有3345cd，故长度为6。

我们可以假设A[0...i]和B[0..j]有最长的公共字符串A[m...i]或者A[n...j]（i - m == j -n > 0）,那么A和B都往前移动以为则也是他的子串（只是不是最大的），这就和234也是示例1也是str1和str2的子串一样，不过只是往前移动了一位。我们可以可以假设L[m，n]是A[0...m]和A[0...n]的最长的子串。那么我们用如下的图，来表示示例1的。如str1中的和str1的1对应的1，和str2的A对应的则是0

L[m,n]=(str1[m]==str2[n]?L[m-1， n-1],j]+1:0)

int longestCommonSubstring_n2_2n(String str1, String str2) {
        int size1 = str1.length();
        int size2 = str2.length();
        if (size1 == 0 || size2 == 0) return 0;

        int[][] table = new int[2][size2];


        // the start position of substring in original string
        int start1 = -1;
        int start2 = -1;
        // the longest length of common substring
        int longest = 0;

        // record how many comparisons the solution did;
        // it can be used to know which algorithm is better
        int comparisons = 0;
        for (int j = 0; j < size2; ++j) {
            ++comparisons;
            if (str1.charAt(0) == str2.charAt(j)) {
                table[0][j] = 1;
                if (longest == 0) {
                    longest = 1;
                    start1 = 0;
                    start2 = j;
                }
            }
        }

        for (int i = 1; i < size1; ++i) {
            ++comparisons;
            // with odd/even to swith working row
            System.out.println(i & 1);
            int cur = ((i & 1) == 1? 1: 0); //index for current working row
            int pre = ((i & 1) == 0? 1: 0); //index for previous working row
            table[cur][0] = 0;
            if (str1.charAt(i) == str2.charAt(0)) {
                table[cur][0] = 1;
                if (longest == 0) {
                    longest = 1;
                    start1 = i;
                    start2 = 0;
                }
            }

            for (int j = 1; j < size2; ++j) {
                ++comparisons;
                if (str1.charAt(i) == str2.charAt(j)) {
                    table[cur][j] = table[pre][j - 1] + 1;
                    if (longest < table[cur][j]) {
                        longest = table[cur][j];
                        start1 = i - longest + 1;
                        start2 = j - longest + 1;
                    }
                } else {
                    table[cur][j] = 0;
                }
            }
        }

        System.out.println("start1 " + start1);
        System.out.println("start2 " + start2);

        String res = str1.substring(start1, start1+ longest);
        System.out.println(res);

        return longest;
    }

参考答案：

零钱兑换

class Solution {
     public int coinChange(int[] coins, int amount) {

 int[] numbers = new int[amount + 1];
        for (int left = 0; left <= amount; left++) {
            numbers[left] = -1;
        }
        numbers[0] = 0;

        for (int left = 1; left <= amount; left++) {

            int min = Integer.MAX_VALUE ;
            for (int coinPage = 0; coinPage < coins.length; coinPage++) {

                if (left - coins[coinPage]  >= 0  && numbers[left - coins[coinPage]] >= 0) {

                    min = Math.min(min, numbers[left - coins[coinPage]]);

                }
            }

            if (min < Integer.MAX_VALUE) {
                numbers[left] = min + 1;
            }


        }
        return numbers[amount];
    }
   
}

打家劫舍

class Solution {
    public int rob(int[] nums) {
        if(nums == null || nums.length == 0) {
            return 0;
        }
        int len = nums.length;
        if(len == 1) {
            return nums[0];
        }
        
        int[] res = new int[len];
        res[0] = nums[0];
        res[1] = Math.max(nums[0], nums[1]);
        
        for(int i = 2; i < len; i++) {
            res[i] = Math.max(res[i-1], res[i-2] + nums[i]);
        }
        
        return res[len-1];
        
    }
}

参考文章：建立动态规划状态转移方程的练习