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动态规划之背包问题

322. 零钱兑换

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给定不同面额的硬币 coins 和一个总金额 amount。编写一个函数来计算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

示例 1:

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输入: coins = [1, 2, 5], amount = 11
输出: 3
解释: 11 = 5 + 5 + 1

示例 2:

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输入: coins = [2], amount = 3
输出: -1
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0。 贪心+dfs非常快
class Solution {

int ans = Integer.MAX_VALUE;

public int coinChange(int[] coins, int amount) {
Arrays.sort(coins);
coinChange(coins.length-1, coins, 0, amount);
return ans == Integer.MAX_VALUE ? -1 : ans;
}

private void coinChange(int index, int[] coins, int count, int needAmount) {
if (needAmount == 0) {
ans = Math.min(count, ans);
return;
}
if (index < 0) {
return;
}

int i = needAmount / coins[index];
for (int k=i; k>=0 && count+k<ans; k--) {
coinChange(index-1, coins, count+k, needAmount-k*coins[index]);
}

}
}
1.动态规划第二快
public class Solution {
public int coinChange(int[] coins, int amount) {
int max = amount + 1;
int[] dp = new int[amount + 1];
Arrays.fill(dp, max);
dp[0] = 0;
for (int i = 1; i <= amount; i++) {
for (int j = 0; j < coins.length; j++) {
if (coins[j] <= i) {
dp[i] = Math.min(dp[i], dp[i - coins[j]] + 1);
}
}
}
return dp[amount] > amount ? -1 : dp[amount];
}
}
2.递归升级版很慢
public class Solution {

public int coinChange(int[] coins, int amount) {
if (amount < 1) return 0;
return coinChange(coins, amount, new int[amount]);
}

private int coinChange(int[] coins, int rem, int[] count) {
if (rem < 0) return -1;
if (rem == 0) return 0;
if (count[rem - 1] != 0) return count[rem - 1];
int min = Integer.MAX_VALUE;
for (int coin : coins) {
int res = coinChange(coins, rem - coin, count);
if (res >= 0 && res < min)
min = 1 + res;
}
count[rem - 1] = (min == Integer.MAX_VALUE) ? -1 : min;
return count[rem - 1];
}
}

4自底向上dp自己写的

class Solution {
public int coinChange(int[] coins, int amount) {
int max=amount+1;
int[] dp=new int[max];
Arrays.fill(dp, max);
dp[0]=0;
for(int i=1;i<max;i++){
for(int coin: coins){
if(i>=coin){
dp[i]=Math.min(dp[i],dp[i-coin]+1);
}
}
}
return (dp[amount]>amount)? -1:dp[amount];
}
}

416. 分割等和子集

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给定一个只包含正整数非空数组。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。

注意:

  1. 每个数组中的元素不会超过 100
  2. 数组的大小不会超过 200

示例 1:

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输入: [1, 5, 11, 5]

输出: true

解释: 数组可以分割成 [1, 5, 5] 和 [11].

示例 2:

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输入: [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.
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1. dfs+剪枝
class Solution {
public boolean canPartition(int[] nums) {
//涉及到剪枝的问题,先排个序
Arrays.sort(nums);
int sum = 0;
//算出SUM(S)
for (int n : nums){
sum += n;
}
//奇数肯定不行
if ((sum % 2) == 1){
return false;
}
sum /= 2;
//搜索
return canPartition(nums, nums.length-1, sum, sum);
}

//DFS idx为当前元素,had为待接受上限,pass为待丢弃上限
private boolean canPartition(int[] nums, int idx, int had, int pass){
//找到可行解
if (had == 0 || pass == 0){
return true;
}
//剪枝
else if (had < 0 || pass < 0){
return false;
}
//继续搜索
else{
return canPartition(nums, idx-1, had-nums[idx], pass) || canPartition(nums, idx-1, had, pass-nums[idx]);
}
}
}

作为“0-1 背包问题”,它的特点是:“每个数只能用一次”。思路是:物品一个一个选,容量也一点一点放大考虑(这一点是“动态规划”的思想,特别重要)。

如果在实际生活中,其实我们也是这样做的,一个一个尝试把候选物品放入“背包”,看什么时候能容纳的价值最大。

具体做法是:画一个 len 行,target + 1 列的表格。这里 len 是物品的个数,target 是背包的容量。len 行表示一个一个物品考虑,target + 1多出来的那 1 列,表示背包容量从 0 开始,很多时候,我们需要考虑这个容量为 0 的数值。

状态定义:dp[i][j]表示从数组的 [0, i] 这个子区间内挑选一些正整数,每个数只能用一次,使得这些数的和恰好等于 j。
状态转移方程:很多时候,状态转移方程思考的角度是“分类讨论”,对于“0-1 背包问题”而言就是“当前考虑到的数字选与不选”。
1、不选择 nums[i],如果在 [0, i - 1] 这个子区间内已经有一部分元素,使得它们的和为 j ,那么 dp[i][j] = true;

2、选择 nums[i],如果在 [0, i - 1] 这个子区间内就得找到一部分元素,使得它们的和为 j - nums[i]。

状态转移方程是:

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dp[i][j] = dp[i - 1][j] or dp[i - 1][j - nums[i]]

一般写出状态转移方程以后,就需要考虑边界条件(一般而言也是初始化条件)。

1、j - nums[i] 作为数组的下标,一定得保证大于等于 0 ,因此 nums[i] <= j;
2、注意到一种非常特殊的情况:j 恰好等于 nums[i],即单独 nums[j] 这个数恰好等于此时“背包的容积” j,这也是符合题意的。

作者:liweiwei1419
链接:https://leetcode-cn.com/problems/partition-equal-subset-sum/solution/0-1-bei-bao-wen-ti-xiang-jie-zhen-dui-ben-ti-de-yo/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

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//2. dp解法 
class Solution {
public boolean canPartition(int[] nums) {
int len=nums.length;
int sum=0;
for(int num: nums)
sum+=num;
if(sum%2==1)
return false;
int target=sum/2;
boolean[][] dp=new boolean[len][target+1];//row: 0 to len-1 ,col:0 to target
if(nums[0]<=target)
dp[0][nums[0]]=true;
for(int i=1; i<len;i++){
for(int j=0;j<target+1;j++){
dp[i][j]=dp[i-1][j];//copy the previous answer
if(j==nums[i]){
dp[i][j]=true;
}
if(nums[i]<j){
dp[i][j]= dp[i-1][j] || dp[i-1][j-nums[i]];
}
}
}
return dp[len-1][target];
}
}
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//3.dp优化,还是dfs香
class Solution {
public boolean canPartition(int[] nums) {
int len=nums.length;
int sum=0;
for(int num: nums)
sum+=num;
if(sum%2==1)
return false;
int target=sum/2;
boolean[] dp=new boolean[target+1];//row: 0 to len-1 ,col:0 to target
if(nums[0]<=target)
dp[nums[0]]=true;
for(int i=1; i<len;i++){
for(int j=target;nums[i]<j;j--){
if(dp[target]){
dp[j]=true;
}
dp[j]= dp[j] || dp[j-nums[i]];
}
}
return dp[target];
}
}