【动态规划专栏】专题一:斐波那契数列模型--------1.第N个泰波那契数

news2024/11/23 13:07:05

本专栏内容为:算法学习专栏,分为优选算法专栏,贪心算法专栏,动态规划专栏以及递归,搜索与回溯算法专栏四部分。 通过本专栏的深入学习,你可以了解并掌握算法。

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专题一

  • 题目来源
  • 题目描述
  • 题目解析
  • 算法原理
    • 1.状态表示
    • 2.状态转移方程
    • 3.初始化
    • 4.填表顺序
    • 5.返回值
  • 代码实现

题目来源

本题来源为:

Leetcode1137. 第 N 个泰波那契数

题目描述

泰波那契序列 Tn 定义如下:
T0 = 0, T1 = 1, T2 = 1, 且在 n >= 0 的条件下 Tn+3 = Tn + Tn+1 + Tn+2
给你整数 n,请返回第 n 个泰波那契数 Tn 的值。

在这里插入图片描述

题目解析

这里我们首先可以先将题目的公式变形一下:
在这里插入图片描述
通过一个简单例子来理解此题目:
在这里插入图片描述
T0 T1 T2值题目中已经给出,而T4的值是T0 +T1+ T2的结果,而T5的值是T1 +T2+ T3的结果,依次内推…

算法原理

在讲解此题的算法原理之前,我们先了解一下动态规划:
[动态规划 dynamic programming」是一个重要的算法范式,它将一个问题分解为一系列更小的子问题,并通过存储子问题的解来避免重复计算,从而大幅提升时间效率。

可能此概念对于初学者来说很抽象,我们通过本题为例,给出动态规划的一般解决思路:

动态规划做题流程,一般会定义一个dp(动态规划的缩写)(一位或者二维数组)

然后想办法把里面的值给填满,里面的某一个值可能就是我们的最终结果!

举个例子:
在这里插入图片描述

动态规划基本上分为五步:
1.状态表示
2.状态转移方程
3.初始化
4.填表顺序
5.返回值

其中状态转移方程由状态表示推出,而3.4.5步则为处理细节问题。
接下来将通过本题为例来讲解这五步如何处理:

1.状态表示

首先什么是状态表示呢?
简单点的说:状态表示就是dp表里面值的含义

那么具体怎么知道里面值所代表的含义呢?
基础有三种方式

1.1题目要求
1.2经验+题目要求(大多数)
1.3分析问题过程中,发现重复子问题(难点)

当然也不仅仅与此,后面也会再接触更多的方法!
那么根据本题目要求,
dp[i]表示:第i个泰波那契的值
在这里插入图片描述

2.状态转移方程

状态转移方程是什么?
通俗来说,就是推出一个式子,让dp[i]等于什么

根据本题要求,我们计算一个值时,需要知道它前面的三个值。
在这里插入图片描述
计算i位置的值(dp[i])时,需要知道i-1,i-2,i-3的值,那么i-1位置的值又怎么求呢?在回顾一下我们的状态表示,dp[i]表示:第i个泰波那契的值 那么i-1位置的值不就是dp[i-1],以此内推…

分析到这,我们的状态转移方程已经出来了:
在这里插入图片描述

dp[i] = dp[i-3] + dp[i-2] + dp[i-1]

3.初始化

什么是初始化?
就是要保证填表的时候不越界
在这里插入图片描述
那么怎么填,其实就是根据状态转移方程,害怕越界访问,进行相关初始化 而本题的题目其实已经告诉我们了:
在这里插入图片描述
当i为0,1,2时就会产生越界访问,而本题的题目已经将这三个位置的值已经告诉我们了:
因此初始化为:

dp[0]=0
dp[1]=1
dp[2]=2

4.填表顺序

根据状态转移方程,我们计算dp[i]位置的值需要i-1与i-2位置的值,因此我们的填表顺序为:从左往右

5.返回值

根据题目要求返回第 n 个泰波那契数 Tn 的值。
而我们的状态表示 :dp[i]表示:第i个泰波那契的值

因此返回dp[n]

代码实现

动态规划的代码基本就是固定的四步:

1.创建dp表
2.初始化
3.填表
4.返回值
class Solution 
{
public:
    int tribonacci(int n) 
    {
        // 1.创建dp表
        // 2.初始化
        // 3.填表
        // 4.返回值
      
        //处理一下边界情况:
        if(n==0)
            return 0;
        if(n==1||n==2)
            return 1;
        //创建dp表
        vector<int> dp(n+1);
        //初始化
        dp[0]=0;
        dp[1]=dp[2]=1;
        //填表:
        for(int i=3;i<=n;i++)
        {
            dp[i] = dp[i-1]+ dp[i-2] +dp[i-3];
        }
        //返回值:
        return dp[n];
    }
};

注意n的取值范围:

0 <= n <= 37

因此要处理一下边界情况:

 //处理一下边界情况
 if(n==0)
    return 0;
 if(n==1||n==2)
    return 1;

时间复杂度:O(N)
空间复杂度:O(N)

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