LeetCode刷题复盘笔记—一文搞懂0 - 1背包之494. 目标和问题(动态规划系列第九篇)

news2024/9/20 9:33:08

今日主要总结一下动态规划0-1背包的一道题目,494. 目标和问题

题目:494. 目标和

Leetcode题目地址
题目描述:
给你一个整数数组 nums 和一个整数 target 。

向数组中的每个整数前添加 ‘+’ 或 ‘-’ ,然后串联起所有整数,可以构造一个 表达式 :

例如,nums = [2, 1] ,可以在 2 之前添加 ‘+’ ,在 1 之前添加 ‘-’ ,然后串联起来得到表达式 “+2-1” 。
返回可以通过上述方法构造的、运算结果等于 target 的不同 表达式 的数目。

示例 1:

输入:nums = [1,1,1,1,1], target = 3
输出:5
解释:一共有 5 种方法让最终目标和为 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
+1 + 1 + 1 + 1 - 1 = 3

示例 2:

输入:nums = [1], target = 1
输出:1

提示:

1 <= nums.length <= 20
0 <= nums[i] <= 1000
0 <= sum(nums[i]) <= 1000
-1000 <= target <= 1000

本题重难点

这道题目咋眼一看和动态规划背包啥的也没啥关系。

大家在做这道题之前最好看一下一文搞懂纯0-1背包问题我对0-1背包的基础理论知识有详细的讲解,本道题其实就是0-1 背包问题的应用,而这道题的难点主要在于怎么把494. 目标和问题抽象成一个0-1 背包问题。

本题要如何使表达式结果为target呢?

假设整数前添加 '+'号的总和为x,那么整数前添加 '-'号对应的总和就是sum - x。

所以我们要求的是 x - (sum - x) = target

x = (target + sum) / 2

此时问题就转化为,装满容量为x背包,有几种方法。**

这里的x,就是bagSize,也就是我们后面要求的背包容量。

大家看到(target + sum) / 2 应该担心计算的过程中向下取整有没有影响。

这么担心就对了,例如sum 是5,target是2的话其实就是无解的,所以:

当(target + sum) 不能整除2或者 target > sum时,都是没有无解的。

那么我们再回归到01背包问题,为什么是01背包呢?

因为每个物品(题目中的1)只用一次!

这次和之前遇到的背包问题不一样了,之前都是求容量为j的背包,最多能装多少。

本题则是装满有几种方法。其实这就是一个组合问题了。

  1. 确定dp数组以及下标的含义
    dp[j] 表示:填满j(包括j)这么大容积的包,有dp[j]种方法
  2. 确定递推公式
    有哪些来源可以推出dp[j]呢?
    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]]

这个公式在后面在讲解背包解决排列组合问题的时候还会用到!

  1. dp数组如何初始化
    从递归公式可以看出,在初始化的时候dp[0] 一定要初始化为1,因为dp[0]是在公式中一切递推结果的起源,如果dp[0]是0的话,递归结果将都是0。
    这里有录友可能认为从dp数组定义来说 dp[0] 应该是0,也有录友认为dp[0]应该是1。
    其实不要硬去解释它的含义,咱就把 dp[0]的情况带入本题看看就是应该等于多少。
    如果数组[0] ,target = 0,那么 bagSize = (target + sum) / 2 = 0。 dp[0]也应该是1, 也就是说给数组里的元素 0 前面无论放加法还是减法,都是 1 种方法。
    所以本题我们应该初始化 dp[0] 为 1。
    可能有同学想了,那 如果是 数组[0,0,0,0,0] target = 0 呢。
    其实 此时最终的dp[0] = 32,也就是这五个零 子集的所有组合情况,但此dp[0]非彼dp[0],dp[0]能算出32,其基础是因为dp[0] = 1 累加起来的。
    dp[j]其他下标对应的数值也应该初始化为0,从递归公式也可以看出,dp[j]要保证是0的初始值,才能正确的由dp[j - nums[i]]推导出来。

  2. 确定遍历顺序
    我们在一文搞懂纯0-1背包问题讲过对于01背包问题一维dp的遍历,nums放在外循环,target在内循环,且内循环倒序。

  3. 举例推导dp数组

输入:nums: [1, 1, 1, 1, 1], target: 3

bagSize = (target + sum) / 2 = (3 + 5) / 2 = 4

dp数组状态变化如下:

在这里插入图片描述

C++代码

class Solution {
public:
    int findTargetSumWays(vector<int>& nums, int target) {
        int sum = 0;
        for(auto& n : nums) sum += n;
        if(abs(target) > sum) return 0;
        if((target + sum) % 2 == 1) return 0;
        int bagSize = (target + sum) / 2;
        vector<int> dp(bagSize + 1, 0);
        dp[0] = 1;
        for(int i = 0; i < nums.size(); i++){
            for(int j = bagSize; j >= nums[i]; j--){
                dp[j] += dp[j - nums[i]];
            }
        }
        return dp[bagSize];
    }
};

总结

动态规划
英文:Dynamic Programming,简称DP,如果某一问题有很多重叠子问题,使用动态规划是最有效的。
动态规划中每一个状态一定是由上一个状态推导出来的,这一点就区分于贪心,贪心没有状态推导,而是从局部直接选最优的

对于动态规划问题,可以拆解为如下五步曲,这五步都搞清楚了,才能说把动态规划真的掌握了!

  1. 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
  2. 确定递推公式
  3. dp数组如何初始化
  4. 确定遍历顺序
  5. 举例推导dp数组

这篇文章主要总结了一些动态规划解决494. 目标和问题,依然是使用动规五部曲,做每道动态规划题目这五步都要弄清楚才能更清楚的理解题目!

本题还是有点难度,大家也可以记住,在求装满背包有几种方法的情况下,递推公式一般为:

dp[j] += dp[j - nums[i]];

后面我们在讲解完全背包的时候,还会用到这个递推公式!

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