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LC 狂刷 66 道 Dynamic-Programming 算法题。跟动态规划说拜拜

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发布于: 2021 年 11 月 05 日

// 给出初始值 dp[0] = 0;dp[1] = 1;// 通过关系式来计算出 dp[n]for(int i = 2; i <= n; i++){dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2];}// 把最终结果返回 return dp[n];}


(4)、再说初始化


大家先想以下,你觉得,上面的代码有没有问题?


答是有问题的,还是错的,错在对初始值的寻找不够严谨,这也是我故意这样弄的,意在告诉你们,关于初始值的严谨性。例如对于上面的题,当 n = 2 时,dp[2] = dp[1] + dp[0] = 1。这显然是错误的,你可以模拟一下,应该是 dp[2] = 2。


也就是说,在寻找初始值的时候,一定要注意不要找漏了,dp[2] 也算是一个初始值,不能通过公式计算得出。有人可能会说,我想不到怎么办?这个很好办,多做几道题就可以了。


下面我再列举三道不同的例题,并且,再在未来的文章中,我也会持续按照这个步骤,给大家找几道有难度且类型不同的题。下面这几道例题,不会讲的特性详细哈。实际上 ,上面的一维数组是可以把空间优化成更小的,不过我们现在先不讲优化的事,下面的题也是,不讲优化版本。


案例二:二维数组的 DP


我做了几十道 DP 的算法题,可以说,80% 的题,都是要用二维数组的,所以下面的题主要以二维数组为主,当然有人可能会说,要用一维还是二维,我怎么知道?这个问题不大,接着往下看。


问题描述


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?



还是老样子,三个步骤来解决。


步骤一、定义数组元素的含义


由于我们的目的是从左上角到右下角一共有多少种路径,那我们就定义 dp[i] [j]的含义为:当机器人从左上角走到(i, j) 这个位置时,一共有 dp[i] [j] 种路径。那么,dp[m-1] [n-1] 就是我们要的答案了。


注意,这个网格相当于一个二维数组,数组是从下标为 0 开始算起的,所以 右下角的位置是 (m-1, n - 1),所以 dp[m-1] [n-1] 就是我们要找的答案。


步骤二:找出关系数组元素间的关系式


想象以下,机器人要怎么样才能到达 (i, j) 这个位置?由于机器人可以向下走或者向右走,所以有两种方式到达


一种是从 (i-1, j) 这个位置走一步到达


一种是从(i, j - 1) 这个位置走一步到达


因为是计算所有可能的步骤,所以是把所有可能走的路径都加起来,所以关系式是 dp[i] [j] = dp[i-1] [j] + dp[i] [j-1]。


步骤三、找出初始值


显然,当 dp[i] [j] 中,如果 i 或者 j 有一个为 0,那么还能使用关系式吗?答是不能的,因为这个时候把 i - 1 或者 j - 1,就变成负数了,数组就会出问题了,所以我们的初始值是计算出所有的 dp[0] [0….n-1] 和所有的 dp[0….m-1] [0]。这个还是非常容易计算的,相当于计算机图中的最上面一行和左边一列。因此初始值如下:


dp[0] [0….n-1] = 1; // 相当于最上面一行,机器人只能一直往左走


dp[0…m-1] [0] = 1; // 相当于最左面一列,机器人只能一直往下走


撸代码


三个步骤都写出来了,直接看代码


public static int uniquePaths(int m, int n) {if (m <= 0 || n <= 0) {return 0;}


int[][] dp = new int[m][n]; //// 初始化 for(int i = 0; i < m; i++){dp[i][0] = 1;}for(int i = 0; i < n; i++){dp[0][i] = 1;}// 推导出 dp[m-1][n-1]for (int i = 1; i < m; i++) {for (int j = 1; j < n; j++) {dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-1];}}return dp[m-1][n-1];}


案例三、二维数组 DP


写到这里,有点累了,,但还是得写下去,所以看的小伙伴,你们可得继续看呀。下面这道题也不难,比上面的难一丢丢,不过也是非常类似


问题描述


给定一个包含非负整数的 m x n 网格,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。


举例:输入:arr = [[1,3,1],[1,5,1],[4,2,1]]输出: 7 解释: 因为路径 1→3→1→1→1 的总和最小。


和上面的差不多,不过是算最优路径和,


步骤一、定义数组元素的含义


由于我们的目的是从左上角到右下角,最小路径和是多少,那我们就定义 dp[i] [j]的含义为:当机器人从左上角走到(i, j) 这个位置时,最下的路径和是 dp[i] [j]。那么,dp[m-1] [n-1] 就是我们要的答案了。


注意,这个网格相当于一个二维数组,数组是从下标为 0 开始算起的,所以 由下角的位置是 (m-1, n - 1),所以 dp[m-1] [n-1] 就是我们要走的答案。


步骤二:找出关系数组元素间的关系式


想象以下,机器人要怎么样才能到达 (i, j) 这个位置?由于机器人可以向下走或者向右走,所以有两种方式到达


一种是从 (i-1, j) 这个位置走一步到达


一种是从(i, j - 1) 这个位置走一步到达


不过这次不是计算所有可能路径,而是计算哪一个路径和是最小的,那么我们要从这两种方式中,选择一种,使得 dp[i] [j] 的值是最小的,显然有dp[i] [j] = min(dp[i-1][j],dp[i][j-1]) + arr[i][j];// arr[i][j] 表示网格种的值步骤三、找出初始值


显然,当 dp[i] [j] 中,如果 i 或者 j 有一个为 0,那么还能使用关系式吗?答是不能的,因为这个时候把 i - 1 或者 j - 1,就变成负数了,数组就会出问题了,所以我们的初始值是计算出所有的 dp[0] [0….n-1] 和所有的 dp[0….m-1] [0]。这个还是非常容易计算的,相当于计算机图中的最上面一行和左边一列。因此初始值如下:


dp[0] [j] = arr[0] [j] + dp[0] [j-1]; // 相当于最上面一行,机器人只能一直往左走


dp[i] [0] = arr[i] [0] + dp[i] [0]; // 相当于最左面一列,机器人只能一直往下走代码如下


public static int uniquePaths(int[][] arr) {int m = arr.length;int n = arr[0].length;if (m <= 0 || n <= 0) {return 0;}


int[][] dp = new int[m][n]; //// 初始化 dp[0][0] = arr[0][0];// 初始化最左边的列 for(int i = 1; i < m; i++){dp[i][0] = dp[i-1][0] + arr[i][0];}// 初始化最上边的行 for(int i = 1; i < n; i++){dp[0][i] = dp[0][i-1] + arr[0][i];}// 推导出 dp[m-1][n-1]for (int i = 1; i < m; i++) {for (int j = 1; j < n; j++) {dp[i][j] = Math.min(dp[i-1][j], dp[i][j-1]) + arr[i][j];}}return dp[m-1][n-1];}


案例 4:编辑距离


这次给的这道题比上面的难一些,在 leetcdoe 的定位是 hard 级别。


问题描述


给定两个单词 word1 和 word2,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


示例 1:输入: word1 = "horse", word2 = "ros"输出: 3 解释:horse -> rorse (将 'h' 替换为 'r')rorse -> rose (删除 'r')rose -> ros (删除 'e')


解答


还是老样子,按照上面三个步骤来,并且我这里可以告诉你,90% 的字符串问题都可以用动态规划解决,并且 90%是采用二维数组。


步骤一、定义数组元素的含义


由于我们的目的求将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数 。那我们就定义 dp[i] [j]的含义为:当字符串 word


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1 的长度为 i,字符串 word2 的长度为 j 时,将 word1 转化为 word2 所使用的最少操作次数为 dp[i] [j]。

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