完全背包之零钱兑换I

news2024/11/25 3:06:02

        上次分享完完全背包问题的解决思路后,这次分享一道和完全背包有关的leetcode题。

零钱兑换

给你一个整数数组 coins ,表示不同面额的硬币;以及一个整数 amount ,表示总金额。计算并返回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 。你可以认为每种硬币的数量是无限的。

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

class Solution {
    public int coinChange(int[] coins, int amount) {
        int[] dp = new int[amount + 1];
        for(int i = 1;i <= amount;i++){
            dp[i] = Integer.MAX_VALUE;
        }
        dp[0] = 0;
        for(int i = 0;i < coins.length;i++){
            for(int j = 0;j <= amount;j++){
                if(j >= coins[i] && dp[j - coins[i]] != Integer.MAX_VALUE){
                    dp[j] = Math.min(dp[j], dp[j - coins[i]] + 1);
                }
            }
        }
        return dp[amount] == Integer.MAX_VALUE ? -1 : dp[amount];
    }
}

        这道题和完全背包问题相同点就是硬币的数量是无限的,可以重复使用,不同的是完全背包问题是使得背包里面物品的价值最大,不一定要装满背包,这道题则是恰好装满背包,要求使用的物品数量最少。解决思路也是装与不装,不装则是dp[j],装的话,背包容量就需要减去物品重量,此时加上的不再是物品的价值,而是物品的数量,仅装入一个物品,物品数加1,要求硬币数量最少,所以要取最小值。这里有一个需要强调的点,就是dp数组的初始化问题,对于这种要求恰好装满背包,求最值的问题,dp数组的初始化首元素一般都是0,其次其余元素就需要看要求的是最大值还是最小值,这里要求物品数量最少,所以其余元素初始化为整数最大值。在上一篇的完全背包问题时,遇到恰好装满背包,背包价值最大,这是dp首元素为0,其余元素则初始化为整数最小值。
        这里以上述示例说明代码的执行流程。这里钱币的面值即是物品的体积,也是物品的价值,面值有1,2和5,总金额为11,所以dp数组初始化为11。dp数组如下所示,dp[j]的含义是金额为j需要的最小硬币数量为dp[j]:
在这里插入图片描述
        之后遍历面值1,当背包容量j(总金额)为0时,不满足j >= coins[0],不进入if,背包容量j(总金额)为1时,j = coins[0],并且j - coins[0] = 0,可以装下,dp[1] = min(dp[j], dp[j - coins[i]] + 1) = dp[0] + 1 = 1。这里就很好的说明为什么dp[0]为什么要初始化为0,不初始化为0,对结果有影响,而且dp[1]要初始化为整数最大值,如果初始化为别的数,如0的话,这里得到的结果就不是1,而是0,所以其余dp元素要初始化为整数最大值。背包容量j(总金额)为2时,dp[2] = min(dp[2], dp[j - coins[i]] + 1) = dp[2 - coins[0]] + 1 = dp[1] + 1 = 1 + 1 = 2,dp[3] = dp[2] + 1 = 3,如此重复,遍历完面值1,dp数组如下:
在这里插入图片描述
        之后遍历面值2,当背包容量j(总金额)为0和1时,不满足j >= coins[1],保持原值,当j等于2时,j = coins[1],dp[2] = min(dp[2],dp[j - coins[1]] + 1) = min(2, dp[0] + 1) = 1,用于dp是一维滚动数组,因此dp[2]的值是1,现在遍历面值2时,dp[2]为1,接着j = 3,dp[3] = min(3,dp[3 - 2] + 1) = dp[1] + 1 = 2,dp[4] = min(4, dp[4 - 2] + 1) = dp[2] + 1 = 1 + 1 = 2,此时的dp[2]为1,在j = 2时,修改了dp[2]的值。dp[5] = min(5, dp[5 - 2] + 1) = dp[3] + 1 = 3,dp[6] = 3,如此重复遍历,得到dp数组如下:
在这里插入图片描述
        之后遍历面值5,当当背包容量j(总金额)为0,1,2,3,4时,不满足j >= coins[1],保持原值,j等于5,dp[5] = min(3, dp[5 - 5] + 1) = 1,dp[6] = min(3, dp[6 - 5] + 1) = 1 + 1 = 2,如此重复,得到dp数组如下,这里就不再展开说明,遍历完所有面值,返回dp[11]即为最终结果。
在这里插入图片描述

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