动态规划（Dynamic Programming）

news2024/11/23 12:11:04

动态规划（Dynamic Programming）：是运筹学的一种最优化方法，只不过在计算机问题上应用比较多

DP常见步骤：

  1. 暴力递归/穷举
  2. 记忆化搜索（傻缓存 + 递归）,使用备忘录/ DP Table 来优化穷举过程
  3. 严格表结构（整理缓存之间的关系，如dp[i] = dp[i - 1]）

例子

509.斐波那契数

1.暴力递归
int fib(int N) {
    if (N == 1 || N == 2){
    return 1;
    }
    return fib(N - 1) + fib(N - 2);
}

2.记忆化搜索（加缓存）
int fib(int N) {
    // 备忘录全初始化为 0
    int[] memo = new int[N + 1];
    // 进行带备忘录的递归
    return dp(memo, N);
}

// 带着备忘录进行递归
int dp(int[] memo, int n) {
    // base case
    if (n == 0 || n == 1) return n;
    // 已经计算过，不用再计算了
    if (memo[n] != 0) return memo[n];
    memo[n] = dp(memo, n - 1) + dp(memo, n - 2);
    return memo[n];
}

3.严格表结构（缓存+状态转移方程）
int fib(int N) {
    if (N == 0) return 0;
    int[] dp = new int[N + 1];
    // base case
    dp[0] = 0; dp[1] = 1;
    // 状态转移
    for (int i = 2; i <= N; i++) {
        dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
    }

    return dp[N];
}

4.空间压缩（优化）

由 状态转移方程可知，f(n) 只和 f(n-1) 和 f(n-2) 有关，使用「滚动数组思想」可以把空间复杂度优化成 O(1)

    int fib(int n) {
        if (n < 2) {
            return n;
        }
        int p = 0, q = 0, r = 1;
        for (int i = 2; i <= n; ++i) {
            p = q; 
            q = r; 
            r = p + q;
        }
        return r;
    }

基础类DP

70.爬楼梯

经典动态规划

class Solution {
    public int climbStairs(int n) {
        if (n == 1){
            return 1;
        }
        int[] dp = new int[n + 1];
        dp[1] = 1;
        dp[2] = 2;
        for (int i = 3; i <= n; i++) {
            dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
        }
        return dp[n];
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public int climbStairs(int n) {
        if (n == 1) {
            return 1;
        }
        int prev = 1;
        int cur = 2;
        int next = 0;
        for (int i = 3; i <= n; i++) {
            next = cur + prev;
            prev = cur;
            cur = next;
        }
        return cur;
    }
}

746.使用最小花费爬楼梯

class Solution {
    public int minCostClimbingStairs(int[] cost) {
        int[] dp = new int[cost.length + 2];
        dp[1] = 0;
        dp[2] = 0;
        for (int i = 3; i <= cost.length + 1; i++) {
            dp[i] = Math.min(dp[i - 1] + cost[i - 2], dp[i - 2] + cost[i - 3]);
        }
        return dp[cost.length + 1];
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public int minCostClimbingStairs(int[] cost) {
        int prev = 0;
        int cur = 0;
        int next = 0;
        for (int i = 2; i <= cost.length; i++) {
            next = Math.min(prev + cost[i - 2], cur + cost[i - 1]);
            prev = cur;
            cur = next;
        }
        return cur;
    }
}

62.不同路径

class Solution {
    public int uniquePaths(int m, int n) {
        if (m <= 0 || n <= 0) {
            return 0;
        }
        int[][] dp = new int[m][n];

        // base case
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            dp[i][0] = 1;
        }
        
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            dp[0][i] = 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];
    }
}

 路径压缩

class Solution {
    public int uniquePaths(int m, int n) {
       if (m <= 0 || n <= 0) {
            return 0;
        }
        int[] dp = new int[n];

         // base case
        Arrays.fill(dp, 1);

        for (int i = 1; i < m; i++) {
            for (int j = 1; j < n; j++) {
                dp[j] += dp[j - 1];
            }
        }
        return dp[n - 1];
    }
}

63.不同路径 II

class Solution {
    public int uniquePathsWithObstacles(int[][] obstacleGrid) {
        int row = obstacleGrid.length;
        int col = obstacleGrid[0].length;

        int[][] dp = new int[row][col];

        for (int i = 0; i < row; i++) {
            if (obstacleGrid[i][0] == 1){
                break;
            }
            dp[i][0] = 1;
        }

        for (int i = 0; i < col; i++) {
            if (obstacleGrid[0][i] == 1){
                break;
            }
            dp[0][i] = 1;
        }

        for (int i = 1; i < row; i++) {
            for (int j = 1; j < col; j++) {
                dp[i][j] = obstacleGrid[i][j] == 1 ? 0 : dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1];
            }
        }
        return dp[row - 1][col - 1];
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public int uniquePathsWithObstacles(int[][] obstacleGrid) {
        int row = obstacleGrid.length;
        int col = obstacleGrid[0].length;

        if (obstacleGrid[0][0] == 1 || obstacleGrid[row - 1][col - 1] == 1) {
            return 0;
        }
        int[] dp = new int[col];
        dp[0] = 1;
        for (int j = 1; j < col; j++) {
            if (obstacleGrid[0][j] == 1) {
                break;
            }
            dp[j] = 1;
        }

        for (int i = 1; i < row; i++) {
            dp[0] = (obstacleGrid[i][0] == 1 || dp[0] == 0) ? 0 : 1;
            for (int j = 1; j < col; j++) {
                dp[j] = obstacleGrid[i][j] == 1 ? 0 : dp[j] + dp[j - 1];
            }
        }
        return dp[col - 1];
    }
}

64.最小路径和

class Solution {
    public int minPathSum(int[][] grid) {
        int row = grid.length;
        int col = grid[0].length;
        int[][] dp = new int[row][col];

        dp[0][0] = grid[0][0];
        for (int i = 1; i < row; i++) {
            dp[i][0] = grid[i][0] + dp[i - 1][0];
        }
        for (int i = 1; i < col; i++) {
            dp[0][i] = grid[0][i] + dp[0][i - 1];
        }

        for (int i = 1; i < row; i++) {
            for (int j = 1; j < col; j++) {
                dp[i][j] = Math.min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i][j];
            }
        }
        return dp[row - 1][col - 1];
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public int minPathSum(int[][] grid) {
        int row = grid.length;
        int col = grid[0].length;

        int[] dp = new int[col];

        dp[0] = grid[0][0];
        for (int i = 1; i < col; i++) {
            dp[i] = grid[0][i] + dp[i - 1];
        }

        for (int i = 1; i < row; i++) {
            dp[0] = dp[0] + grid[i][0];
            for (int j = 1; j < col; j++) {
                dp[j] = Math.min(dp[j], dp[j - 1]) + grid[i][j];
            }
        }
        return dp[col - 1];
    }
}

0-1背包类DP

在上述例题中，由于每个物体只有两种可能的状态（取与不取），对应二进制中的0和1，这类问题便被称为「0-1 背包问题」。

  • 01背包最重要的是如何识别出来为01背包，一般是有一个目标堆，对于数组的元素有留和舍两种选择，通过数组值的取舍进行达到目标堆的目的
  • 背包问题进行空间压缩时，weight 的循环要从大到小遍历，否则会造成前段值覆盖引起的答案错误。

416.分割等和子集

class Solution {
    public boolean canPartition(int[] nums) {
        int sum = 0;
        int max = 0;
        for (int num : nums) {
            sum += num;
            max = Math.max(max, num);
        }
        int half = sum / 2;
        if (((sum & 1) == 1) || max > half){
            return false;
        }
        
        boolean[][] dp = new boolean[nums.length][half + 1];
        // base case
        dp[0][0] = true; // 第一个元素不选，容量为0时满足的
        dp[0][nums[0]] = true; // 选择第一个元素

        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            for (int j = 1; j <= half; j++) {
                // 不选择 num[i]
                dp[i][j] = dp[i-1][j];
                // 保证下标不越界
                if (j - nums[i] >= 0){
                    // 选择 num[i], 看是否能在 [0, i - 1] 这个子区间内找到一部分元素，使得它们的和为 j - nums[i]
                    dp[i][j] |= dp[i - 1][j - nums[i]];
                }
            }
            // 由于状态转移方程的特殊性，提前结束，可以认为是剪枝操作
            if (dp[i][half]) {
                return true;
            }
        }
        return dp[nums.length - 1][half];
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public boolean canPartition(int[] nums) {
        int sum = 0;
        int max = 0;
        for (int num : nums) {
            sum += num;
            max = Math.max(max, num);
        }
        int half = sum / 2;
        if (((sum & 1) == 1) || max > half) {
            return false;
        }

        boolean[] dp = new boolean[half + 1];

        dp[0] = true;
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            for (int j = half; j >= nums[i]; j--) {
                dp[j] |= dp[j - nums[i]];
            }
            if (dp[half]) {
                return true;
            }
        }
        return dp[half];
    }
}

494.目标和

class Solution {
    public int findTargetSumWays(int[] nums, int target) {
        int sum = 0;
        for (int num : nums) {
            sum += num;
        }
        if (Math.abs(sum) < Math.abs(target)) {
            return 0;
        }
        // 因为包含了负数和 0, range: [-sum, sum]
        int range = 2 * sum + 1;
        int[][] dp = new int[nums.length][range];

        dp[0][sum - nums[0]] += 1;
        dp[0][sum + nums[0]] += 1;
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            for (int j = -sum; j <= sum; j++) {
                if (j + nums[i] > sum) {    // 超过 [-sum, sum] 的范围，只能减
                    dp[i][j + sum] = dp[i - 1][j - nums[i] + sum];
                } else if (j - nums[i] < -sum) { // 超过 [-sum, sum] 的范围，只能加
                    dp[i][j + sum] = dp[i - 1][j + nums[i] + sum];
                } else {
                    dp[i][j + sum] = dp[i - 1][j - nums[i] + sum] + dp[i - 1][j + nums[i] + sum];
                }
            }
        }
        return dp[nums.length - 1][sum + target];
    }
}

474.一和零

class Solution {
    public int findMaxForm(String[] strs, int m, int n) {
        int[][][] dp = new int[strs.length + 1][m + 1][n + 1];

        for (int i = 1; i <= strs.length; i++) {
            int zeros = containsZero(strs[i - 1]);
            int ones = strs[i - 1].length() - zeros;
            for (int j = 0; j <= m; j++) {
                for (int k = 0; k <= n; k++) {
                    dp[i][j][k] = dp[i - 1][j][k];
                    if (j >= zeros && k >= ones){
                        dp[i][j][k] = Math.max(dp[i][j][k], dp[i - 1][j - zeros][k - ones] + 1);
                    }
                }
            }
        }
        return dp[strs.length][m][n];
    }

     private int containsZero(String str) {
        int res = 0;
        for (char c : str.toCharArray()) {
            if (c == '0') {
                res++;
            }
        }
        return res;
    }
}

空间压缩

class Solution {
    public int findMaxForm(String[] strs, int m, int n) {
        int[][] dp = new int[m + 1][n + 1];

        for (int i = 1; i <= strs.length; i++) {
            int zeros = containsZero(strs[i - 1]);
            int ones = strs[i - 1].length() - zeros;
            for (int j = m; j >= 0; j--) {
                for (int k = n; k >= 0; k--) {
                    if (j >= zeros && k >= ones){
                        dp[j][k] = Math.max(dp[j][k], dp[j - zeros][k - ones] + 1);
                    }
                }
            }
        }
        return dp[m][n];
    }

     private int containsZero(String str) {
        int res = 0;
        for (char c : str.toCharArray()) {
            if (c == '0') {
                res++;
            }
        }
        return res;
    }
}

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Java语言提供了许多内置的数据结构&#xff0c;包括&#xff1a; 1. 数组&#xff08;Array&#xff09;&#xff1a;数组是最基本的数据结构之一&#xff0c;它是一个有序的元素集合&#xff0c;每个元素都有一个对应的索引。在Java中&#xff0c;数组可以通过声明和初始化来创…
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2023年金属非金属矿山（地下矿山）安全管理人员证模拟考试题库及金属非金属矿山（地下矿山）安全管理人员理论考试试题

2023年金属非金属矿山（地下矿山）安全管理人员证模拟考试题库及金属非金属矿山（地下矿山）安全管理人员理论考试试题

题库来源&#xff1a;安全生产模拟考试一点通公众号小程序 2023年金属非金属矿山&#xff08;地下矿山&#xff09;安全管理人员证模拟考试题库及金属非金属矿山&#xff08;地下矿山&#xff09;安全管理人员理论考试试题是由安全生产模拟考试一点通提供&#xff0c;金属非金…
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《软件方法（下）》第8章2023版8.1 分析工作流概述

《软件方法（下）》第8章2023版8.1 分析工作流概述

DDD领域驱动设计批评文集 做强化自测题获得“软件方法建模师”称号 《软件方法》各章合集 第8章 分析 之 分析类图——知识篇 墙上挂了根长藤&#xff0c;长藤上面挂铜铃 《长藤挂铜铃》&#xff1b;词&#xff1a;元庸&#xff0c;曲&#xff1a;梅翁&#xff08;姚敏&…
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手麻、腿麻、麻痛…背后竟隐藏7大疾病！多一个人知道，少一个悲剧！

手麻、腿麻、麻痛…背后竟隐藏7大疾病！多一个人知道，少一个悲剧！

手脚麻木背后的7大病症&#xff1a;骨病、脑梗、肿瘤…… 1、神经问题 上图四只手上橙色的区域代表了麻木感&#xff0c;如果您的手麻集中在无名指和小指的区域&#xff0c;您可以拿一张纸&#xff0c;用五个手指分别试着夹住&#xff0c;检验您的五个手指力量&#xff1b;您还…
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软件测试之鲁棒性测试

软件测试之鲁棒性测试

文章目录 前言一、鲁棒性测试是什么&#xff1f;二、鲁棒性测试的目的三、测试原理3.1 错误数据处理3.2 异常情况处理 前言 Bootloader软件刷写鲁棒性(Robustness)测试是指对Bootloader软件进行连续多次的刷写测试&#xff0c;且一次Fail都没发生&#xff0c;以此验证Bootload…
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MySql的增、删、改、查（MySql数据库学习——五）

MySql的增、删、改、查（MySql数据库学习——五）

增&#xff08;数据添加/插入数据&#xff09; 使用 INSERT INTO SQL 语句来插入数据。我们可以通过 mysql> 命令提示窗口中向数据表中插入数据&#xff0c;或者 通过PHP 脚本来插入数据。 sql语句&#xff1a; INSERT INTO table_name ( field1, field2,...fieldN ) …
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系列九、事务

系列九、事务

一、事务 1.1、概述 事务是一组操作的集合&#xff0c;它是一个不可分割的工作单位&#xff0c;事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或者撤销操作请求&#xff0c;即&#xff1a;这些操作要么同时成功&#xff0c;要么同时失败。 例如: 张三给李四转账1000块钱&…
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UI自动化Selenium 测试报告BeautifulReport使用及修改

UI自动化Selenium 测试报告BeautifulReport使用及修改

一、BeautifulReport安装 pip安装 pip install BeautifulReport Pycharm中安装 二、原生报告样式 原生报告&#xff0c;因为我使用ddtunittest数据驱动模式&#xff0c;所以Excel中所有参数都会被拼接出来&#xff0c;导致测试方法里面有太多不需要展示的内容&#xff1b; …
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IDEA配置一个新项目

IDEA配置一个新项目

git clone xxxxx 下载项目主分支 git checkout xxx 切换到需要开发的分支上 配置maven仓库 在File下的Settings中设置maven仓库 配置maven仓库的文件夹 配置好maven后&#xff0c;项目中会出现一个红色的pom.xml文件&#xff0c;右击文件&#xff0c;点击…&#xff0c;pom…
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【计算机组成与体系结构Ⅱ】多处理器部分讨论题目

【计算机组成与体系结构Ⅱ】多处理器部分讨论题目

多处理机课堂讨论 1.并行计算体系结构有哪些? SIMD、MIMD 2.多处理机的存储结构有哪些? 对称式共享存储器结构、分布式共享存储结构 3.什么是多处理机的一致性? 如果对某个数据项的任何读操作均可得到其最新写入的值&#xff0c;则认为这个存储系统是一致的。 4.监听协议的工…
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Ubuntu 常用命令之 ln 命令用法介绍

Ubuntu 常用命令之 ln 命令用法介绍

ln命令在Ubuntu系统中用于创建硬链接或符号链接。硬链接是指向文件的物理地址&#xff0c;而符号链接&#xff08;也称为软链接&#xff09;是指向文件路径的引用。 命令格式&#xff1a;ln [选项]... [-T] 目标&#xff08;源文件&#xff09; 链接&#xff08;目标文件&…
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windows下使用logstash同步跨网络集群的数据

windows下使用logstash同步跨网络集群的数据

我们在开发环境过程中&#xff0c;可能会遇到这样的场景。我们可以通过VPN访问远端的机房。有可能还要跨机房访问。这篇文章演示使用logstash&#xff0c;在windows上&#xff0c;去同步跨网络环境的不同机房之间的数据。 此方式受网络限制。适合同步小规模数据。 下载logstash…
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