Leetcoder Day38| 动态规划part05 背包问题

news2024/10/23 9:30:09

1049.最后一块石头的重量II

有一堆石头,每块石头的重量都是正整数。

每一回合,从中选出任意两块石头,然后将它们一起粉碎。假设石头的重量分别为 x 和 y,且 x <= y。那么粉碎的可能结果如下:

如果 x == y,那么两块石头都会被完全粉碎;

如果 x != y,那么重量为 x 的石头将会完全粉碎,而重量为 y 的石头新重量为 y-x。

最后,最多只会剩下一块石头。返回此石头最小的可能重量。如果没有石头剩下,就返回 0。

示例:

  • 输入:[2,7,4,1,8,1]
  • 输出:1

解释:

  • 组合 2 和 4,得到 2,所以数组转化为 [2,7,1,8,1],
  • 组合 7 和 8,得到 1,所以数组转化为 [2,1,1,1],
  • 组合 2 和 1,得到 1,所以数组转化为 [1,1,1],
  • 组合 1 和 1,得到 0,所以数组转化为 [1],这就是最优值。

提示:

  • 1 <= stones.length <= 30
  • 1 <= stones[i] <= 1000

本题要求最小的石头重量,最好的情况就是最后剩下的两个石头重量一致,结果为0。那也就跟昨天的分割子集的本质一样,将这个数组分割成两个子集,使得两个子集的元素和相等。因此看是否可以将石头重量集合拆分为总和为sum/2的子集。因为本题石头粉碎是不可逆的,因此属于01背包问题,那么就开始对应如下四点:

  • 背包的可容纳的重量为sum / 2
  • 背包要放入的石头的重量也就是石头的价值
  • 背包如果正好装满,说明找到了总和为 sum / 2 的子集。
  • 背包中每一个元素是不可重复放入

动规五部曲:

  1. 确定dp数组以及下标的含义:dp[j]表示重量为j的背包,最多可以背的重量为dp[j]
  2. 确定递推公式:dp[j]=max(dp[j], dp[j-stones[i]]+stones[i])
  3. dp数组如何初始化:sum+=stones[i] target=sum/2
  4. 递归顺序:先遍历石头,再遍历重量,并且重量要倒序遍历

如果背包需要满足的容量为target,当dp[target]==target时,背包就装满了,也就是本题的结果为0。如果不能满足,因为sum/2是向下取整,所以sum-dp[target]一定大于dp[target],所以相撞以后剩下的石头重量为(sum-dp[target])-dp[target]

class Solution {
    public int lastStoneWeightII(int[] stones) {
        int sum=0;
        for(int i=0;i<stones.length;i++){
            sum+=stones[i];
        }
        int target=sum>>1;
        int[] dp= new int[target+1];
        for(int i=0;i<stones.length;i++){
            for(int j=target;j>=stones[i];j--){
                dp[j]=Math.max(dp[j], dp[j-stones[i]]+stones[i]);
            }
        }
        return (sum-dp[target])-dp[target]; 
    }
}

注意:这里不需要再单独判断一下dp[target]是否等于target了,如果等于的话,其实最后相当于sum-2*target=0了,如果多写了这一步判断,反而会漏算情况。

并且sum/2的空间复杂度要比sum>>1,移位运算高,所以最好写后者。

494.目标和

给定一个非负整数数组,a1, a2, ..., an, 和一个目标数,S。现在你有两个符号 + 和 -。对于数组中的任意一个整数,你都可以从 + 或 -中选择一个符号添加在前面。

返回可以使最终数组和为目标数 S 的所有添加符号的方法数。

示例:

  • 输入:nums: [1, 1, 1, 1, 1], S: 3
  • 输出:5

解释:

  • -1+1+1+1+1 = 3
  • +1-1+1+1+1 = 3
  • +1+1-1+1+1 = 3
  • +1+1+1-1+1 = 3
  • +1+1+1+1-1 = 3

一共有5种方法让最终目标和为3。

提示:

  • 数组非空,且长度不会超过 20 。
  • 初始的数组的和不会超过 1000 。
  • 保证返回的最终结果能被 32 位整数存下。

这道题先用动态规划五部曲想了一下:本题依然是只能取一次,所以还是01背包思路

  1. 确定dp数组以及下标的含义:dp[j]表示达到和为j的值有dp[j]种方法
  2. 确定递推公式:目前还不知道
  3. dp数组如何初始化:dp[0]=1,因为当只有1个元素的时候,那么就只有一种方法
  4. 确定遍历顺序:还是按照元素从前向后,按照数值从后向前
  5. 举例推导dp数组:递推公式还没出来,暂时举不出来例子

脑子比较累,直接看了题解:

本题要如何使表达式结果为target。首先因为有sum,所以left + right = sum,sum是固定的,因此right = sum - left。既然为target,那么就一定有  left组合 - right组合 = target,这里left就是加法的总和,right就是减法的总和,公式来了, left - (sum - left) = target 推导出 left = (target + sum)/2, target是固定的,sum是固定的,left就可以求出来。此时问题就是在集合nums中找出和为left的组合。此时问题就转化为,装满容量为left的背包,有几种方法。还要注意几种特殊的情况:(target + sum) / 2 应该担心计算的过程中向下取整有没有影响,如果sum为5,target为2,那么无论怎样也不会到达target值,也就是说当sum+target为奇数时,是没有解决方案的。并且如果target的的绝对值大于sum,也是没有解决方法的,直接返回0。

只要搞到nums[i],凑成dp[j]就有dp[j - nums[i]] 种方法。

例如:dp[j],j 为5,

  • 已经有一个1(nums[i]) 的话,有 dp[4]种方法 凑成 容量为5的背包。
  • 已经有一个2(nums[i]) 的话,有 dp[3]种方法 凑成 容量为5的背包。
  • 已经有一个3(nums[i]) 的话,有 dp[2]中方法 凑成 容量为5的背包
  • 已经有一个4(nums[i]) 的话,有 dp[1]中方法 凑成 容量为5的背包
  • 已经有一个5 (nums[i])的话,有 dp[0]中方法 凑成 容量为5的背包

那么凑整dp[5]有多少方法呢,也就是把 所有的 dp[j - nums[i]] 累加起来。

所以求组合类问题的公式,都是类似这种:dp[j] += dp[j - nums[i]]

import java.lang.Math;
class Solution {
    public int findTargetSumWays(int[] nums, int target) {
        int sum=0;
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            sum+=nums[i];
        }
        int left=(sum+target)>>1;
        if((sum+target)%2==1) return 0;
        if(Math.abs(target)>sum) return 0;
        int[] dp= new int[left+1];
        dp[0]=1;
        for(int i=0;i<nums.length;i++){
            for(int j=left;j>=nums[i];j--){
                dp[j]+= dp[j-nums[i]];
            }
        }
        return dp[left];
    }
}

474.一和零

给你一个二进制字符串数组 strs 和两个整数 m 和 n 。

请你找出并返回 strs 的最大子集的大小,该子集中 最多 有 m 个 0 和 n 个 1 。

如果 x 的所有元素也是 y 的元素,集合 x 是集合 y 的 子集 。

示例 1:

  • 输入:strs = ["10", "0001", "111001", "1", "0"], m = 5, n = 3

  • 输出:4

  • 解释:最多有 5 个 0 和 3 个 1 的最大子集是 {"10","0001","1","0"} ,因此答案是 4 。 其他满足题意但较小的子集包括 {"0001","1"} 和 {"10","1","0"} 。{"111001"} 不满足题意,因为它含 4 个 1 ,大于 n 的值 3 。

示例 2:

  • 输入:strs = ["10", "0", "1"], m = 1, n = 1
  • 输出:2
  • 解释:最大的子集是 {"0", "1"} ,所以答案是 2 。

提示:

  • 1 <= strs.length <= 600
  • 1 <= strs[i].length <= 100
  • strs[i] 仅由 '0' 和 '1' 组成
  • 1 <= m, n <= 100

本题还是一个背包问题,本题中strs 数组里的元素就是物品,每个物品都是一个,只能取一次,因此还是01背包问题。这里限制了两个元素的大小,这两个大小之间是没有什么制约关系的,相当于有两个背包,所以要定义一个二维dp数组dp[i][j]继续开始动规五部曲:

  1. 确定dp数组以及下标的含义:dp[i][j]表示最多取i个1和j个0后的最大子集的大小
  2. 确定递推公式:dp[i][j]是由前一个已经选好的子串推导而来,假设前面那个子串已经有zero个0和one个1,那么dp[i][j]=dp[i-zero][j-one]+1,并且还要跟自己做比较,取最大值。
  3. dp数组如何初始化:初始化为0
  4. 确定遍历顺序:遍历物品要从前往后,遍历背包要从后往前,这里m和n都是背包,所以都是从后往前遍历。
  5. 举例推导dp数组:以输入:["10","0001","111001","1","0"],m = 3,n = 3为例,最后dp数组的状态如下所示:
     

class Solution {
    public int findMaxForm(String[] strs, int m, int n) {
        int[][] dp = new int[m+1][n+1];
        for(String str:strs){
            int zero=0, one=0;
            for(char c : str.toCharArray()){
                if(c =='0') zero++;
                else one++;
            }
            for(int i=m;i>=zero;i--){
            for(int j=n;j>=one;j--){
                dp[i][j]=Math.max(dp[i][j], dp[i-zero][j-one]+1);
            }
        }
        }
        return dp[m][n];
    }
}

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