【C++代码】分割等和子集,目标和,一和零,零钱兑换,动态规划--代码随想录

题目:分割等和子集

  • 给你一个 只包含正整数非空 数组 nums 。请你判断是否可以将这个数组分割成两个子集,使得两个子集的元素和相等。

  • 初步想法排序后双指针,发现不行

    • class Solution {
      public:bool canPartition(vector<int>& nums) {if(nums.size()<2){return false;}sort(nums.begin(),nums.end());int left=0,right=nums.size()-1;int left_sum=nums[left],right_sum=nums[right];while(left<right-1){if(left_sum>right_sum){right--;right_sum += nums[right];}else{left++;left_sum += nums[left];}}cout<<left_sum<<" "<<right_sum<<endl;return left_sum==right_sum;}
      };//nums = [2,2,1,1]
      
  • 只要找到集合里能够出现 sum / 2 的子集总和,就算是可以分割成两个相同元素和子集了。可以用回溯暴力搜索出所有答案的,但最后超时了,也不想再优化了,放弃回溯,直接上01背包吧。

    • 背包问题,有N件物品和一个最多能背重量为W 的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品只能用一次,求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。背包问题有多种背包方式,常见的有:01背包、完全背包、多重背包、分组背包和混合背包等等。
  • 确定dp数组以及下标的含义:dp[j] 表示: 容量为j的背包,所背的物品价值最大可以为dp[j]。

  • 确定递推公式:01背包的递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);相当于背包里放入数值,那么物品i的重量是nums[i],其价值也是nums[i]。所以递推公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - nums[i]] + nums[i]);

  • dp数组如何初始化:首先dp[0]一定是0。

  • class Solution {
    public:bool canPartition(vector<int>& nums) {// int sum=0;// vector<int> dp(10001,0);// for(auto i:nums){//     sum+=i;// }// if(sum % 2 == 1){//     return false;// }// int half_sum = sum/2;// for(int i=0;i<nums.size();i++){//     for(int j=half_sum;j>=nums[i];j--){//         dp[j]=max(dp[j],dp[j-nums[i]]+nums[i]);//     }// }// if(dp[half_sum]==half_sum){//     return true;// }// return false;
    };
    
  • 不太好理解,但是可以用二维的数组,横坐标为sum/2的试探,纵坐标为元素的探索

    • class Solution {
      public:bool canPartition(vector<int>& nums) {if(nums.size()<2){return false;}int sum=0;for(int i:nums){sum+=i;}if(sum%2==1){return false;}int target = sum/2;vector<vector<bool>> dp(nums.size(),vector<bool>(target+1,false));if(nums[0]<=target){dp[0][nums[0]] = true;}for(int i=1;i<nums.size();i++){for(int j=0;j<dp[0].size();j++){dp[i][j] = dp[i-1][j];if(nums[i]==j){dp[i][j]=true;continue;}if(nums[i]<j){dp[i][j] = dp[i-1][j] || dp[i-1][j-nums[i]];}}if(dp[i][target]==true){return true;}}return false;}
      };
      

题目:最后一块石头的重量 II

  • 有一堆石头,用整数数组 stones 表示。其中 stones[i] 表示第 i 块石头的重量。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 xy,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

  • 本题物品的重量为stones[i],物品的价值也为stones[i]。对应着01背包里的物品重量weight[i]和 物品价值value[i]。

    • 确定dp数组以及下标的含义:dp[j]表示容量(这里说容量更形象,其实就是重量)为j的背包,最多可以背最大重量为dp[j]

    • 确定递推公式:01背包的递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);本题则是:dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);

    • dp数组如何初始化:因为重量都不会是负数,所以dp[j]都初始化为0就可以了,这样在递归公式dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);中dp[j]才不会初始值所覆盖。

    • 确定遍历顺序:如果使用一维dp数组,物品遍历的for循环放在外层,遍历背包的for循环放在内层,且内层for循环倒序遍历!

    • 在这里插入图片描述

    • 那么分成两堆石头,一堆石头的总重量是dp[target],另一堆就是sum - dp[target]。在计算target的时候,target = sum / 2 因为是向下取整,所以sum - dp[target] 一定是大于等于dp[target]的。那么相撞之后剩下的最小石头重量就是 (sum - dp[target]) - dp[target]。

  • class Solution {
    public:int lastStoneWeightII(vector<int>& stones) {int sum=0;for(int i:stones){sum += i;}int target = sum / 2;int dp[1501] = {0};for(int i=0;i<stones.size();i++){for(int j=target;j>=stones[i];j--){dp[j]=max(dp[j],dp[j-stones[i]]+stones[i]);}}return sum-dp[target]-dp[target];}
    };
    
  • 时间复杂度:O(m × n) , m是石头总重量(准确的说是总重量的一半),n为石头块数;空间复杂度:O(m)

  • 首先对于背包的所有问题中,01背包是最最基础的,其他背包也是在01背包的基础上稍作变化。

    • 在这里插入图片描述
  • 确定dp数组以及下标的含义:dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。

  • 确定递推公式:dp[i][j] = max(dp[i - 1] [j], dp[i - 1] [j - weight[i]] + value[i]);

  • dp数组如何初始化

  • 确定遍历顺序:01背包二维dp数组在遍历顺序上,外层遍历物品 ,内层遍历背包容量 和 外层遍历背包容量 ,内层遍历物品 都是可以的!

  • 举例:背包最大重量为4。物品为:【物品0;1;15】【物品1;3;20】【物品2;4;30】对应的dp数组的数值,如图:

    • 在这里插入图片描述

题目:目标和

  • 给你一个非负整数数组 nums 和一个整数 target 。向数组中的每个整数前添加 '+''-' ,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。

  • 假设加法的总和为x,那么减法对应的总和就是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的背包,有几种方法。这里的x,也就是我们后面要求的背包容量。

  • 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;其实也可以使用二维dp数组来求解本题,dp[i] [j]:使用 下标为[0, i]的nums[i]能够凑满j(包括j)这么大容量的包,有dp[i] [j]种方法。

  • 确定递推公式:只要搞到nums[i],凑成dp[j]就有dp[j - nums[i]] 种方法。

  • dp数组如何初始化: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,递推结果将都是0。

  • class Solution {
    public:int findTargetSumWays(vector<int>& nums, int target) {int sum=0;for(int i:nums){sum+=i;}if(abs(target)>sum){return 0;}if((target+sum) & 1){return 0;}int left=(target+sum)/2;vector<int> dp(left+1,0);dp[0]=1;for(int i=0;i<nums.size();i++){for(int j=left;j>=nums[i];j--){dp[j]+=dp[j-nums[i]];}}return dp[left];}
    };
    
  • 时间复杂度:O(n × m),n为正数个数,m为背包容量;空间复杂度:O(m),m为背包容量

  • class Solution {
    public:int count=0;void track(vector<int> &nums,int target,int sum,int start){if(start==nums.size()){if(sum==target){count++;}}else{track(nums,target,sum+nums[start],start+1);track(nums,target,sum-nums[start],start+1);}} int findTargetSumWays(vector<int>& nums, int target) {track(nums,target,0,0);return count;}
    };//回溯
    
  • 时间复杂度: O ( 2 n ) O(2^n) O(2n),其中 n 是数组 nums \textit{nums} nums 的长度。回溯需要遍历所有不同的表达式,共有 2 n 2^n 2n 种不同的表达式,每种表达式计算结果需要 O(1) 的时间,因此总时间复杂度是 。空间复杂度:O(n),其中 n 是数组 nums 的长度。空间复杂度主要取决于递归调用的栈空间,栈的深度不超过 n。

  • 构建一个二维数组进行存放好理解一些:

    • 记数组的元素和为 sum,添加 - 号的元素之和为 neg,则其余添加 + 的元素之和为 sum−neg,得到的表达式的结果为 (sumneg)−neg=sum−2⋅neg=target
    • 由于数组 nums 中的元素都是非负整数,neg 也必须是非负整数,所以上式成立的前提是 sum−target 是非负偶数。若不符合该条件可直接返回 0。
    • 若上式成立,问题转化成在数组 nums 中选取若干元素,使得这些元素之和等于 neg,计算选取元素的方案数。我们可以使用动态规划的方法求解。
    • 定义二维数组 dp,其中 dp [ i ] [ j ] \textit{dp}[i][j] dp[i][j] 表示在数组 nums 的前 i 个数中选取元素,使得这些元素之和等于 j 的方案数。假设数组 nums 的长度为 n,则最终答案为 $ \textit{dp}[n][\textit{neg}]$。
  • class Solution {
    public:int findTargetSumWays(vector<int>& nums, int target) {int sum=0;for(int &num:nums){sum+=num;}int diff=sum-target;if(diff<0 || diff%2!=0){return 0;}int n=nums.size(),neg=diff/2;vector<vector<int>> dp(n+1,vector<int>(neg+1));dp[0][0]=1;for(int i=1;i<=n;i++){int temp=nums[i-1];for(int j=0;j<=neg;j++){dp[i][j]=dp[i-1][j];if(j>=temp){dp[i][j]+=dp[i-1][j-temp];}}}return dp[n][neg];}
    };
    

题目:一和零

  • 给你一个二进制字符串数组 strs 和两个整数 mn 。请你找出并返回 strs 的最大子集的长度,该子集中 最多m0n1 。如果 x 的所有元素也是 y 的元素,集合 x 是集合 y子集

  • **本题中strs 数组里的元素就是物品,每个物品都是一个!**确定dp数组(dp table)以及下标的含义:dp[i][j]:最多有i个0和j个1的strs的最大子集的大小为dp[i][j]

  • 确定递推公式:dp[i][j] 可以由前一个strs里的字符串推导出来,strs里的字符串有zeroNum个0,oneNum个1。dp[i][j] 就可以是 dp[i - zeroNum] [j - oneNum] + 1。然后我们在遍历的过程中,取dp[i][j]的最大值。所以递推公式:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i - zeroNum] [j - oneNum] + 1);回想一下01背包的递推公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);会发现,字符串的zeroNum和oneNum相当于物品的重量(weight[i]),字符串本身的个数相当于物品的价值(value[i])。

  • dp数组如何初始化为0

  • class Solution {
    public:int findMaxForm(vector<string>& strs, int m, int n) {vector<vector<int>> dp(m+1,vector<int>(n+1,0));for(string str:strs){int one_count=0,zero_count=0;for(char c:str){if(c=='0'){zero_count++;}else{one_count++;}}for(int i=m;i>=zero_count;i--){for(int j=n;j>=one_count;j--){dp[i][j] = max(dp[i-zero_count][j-one_count]+1,dp[i][j]);}}}return dp[m][n];}
    };
    
  • 时间复杂度: O(kmn),k 为strs的长度;空间复杂度: O(mn)。经典的背包问题只有一种容量不同,这道题有两种容量,即选取的字符串子集中的 0 和 1 的数量上限。

完全背包

  • 有N件物品和一个最多能背重量为W的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品都有无限个(也就是可以放入背包多次),求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。完全背包和01背包问题唯一不同的地方就是,每种物品有无限件

题目:零钱兑换 II

  • 给你一个整数数组 coins 表示不同面额的硬币,另给一个整数 amount 表示总金额。请你计算并返回可以凑成总金额的硬币组合数。如果任何硬币组合都无法凑出总金额,返回 0 。假设每一种面额的硬币有无限个。题目数据保证结果符合 32 位带符号整数。

  • 但本题和纯完全背包不一样,**纯完全背包是凑成背包最大价值是多少,而本题是要求凑成总金额的物品组合个数!**注意题目描述中是凑成总金额的硬币组合数,组合不强调元素之间的顺序,排列强调元素之间的顺序

  • 确定dp数组以及下标的含义:dp[j]:凑成总金额j的货币组合数为dp[j]

  • 确定递推公式:dp[j] 就是所有的dp[j - coins[i]](考虑coins[i]的情况)相加。所以递推公式:dp[j] += dp[j - coins[i]];

  • 所以递推公式:dp[j] += dp[j - coins[i]];首先dp[0]一定要为1,dp[0] = 1是 递归公式的基础。如果dp[0] = 0 的话,后面所有推导出来的值都是0了。dp[0]=1还说明了一种情况:如果正好选了coins[i]后,也就是j-coins[i] == 0的情况表示这个硬币刚好能选,此时dp[0]为1表示只选coins[i]存在这样的一种选法。

  • class Solution {
    public:int change(int amount, vector<int>& coins) {vector<int> dp(amount+1,0);dp[0]=1;for(int i=0;i<coins.size();i++){for(int j=coins[i];j<=amount;j++){dp[j]+=dp[j-coins[i]];}}// for(auto i:dp){//     cout<<i<<endl;// }return dp[amount];}
    };
    
  • 时间复杂度: O(mn),其中 m 是amount,n 是 coins 的长度;空间复杂度: O(m)

  • 在求装满背包有几种方案的时候,认清遍历顺序是非常关键的。

    • 如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包
    • 如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品

题目:组合总和 Ⅳ

  • 给你一个由 不同 整数组成的数组 nums ,和一个目标整数 target 。请你从 nums 中找出并返回总和为 target 的元素组合的个数。题目数据保证答案符合 32 位整数范围。

  • 本题题目描述说是求组合,但又说是可以元素相同顺序不同的组合算两个组合,**其实就是求排列!**组合不强调顺序,(1,5)和(5,1)是同一个组合。排列强调顺序,(1,5)和(5,1)是两个不同的排列。本质是本题求的是排列总和,而且仅仅是求排列总和的个数,并不是把所有的排列都列出来。把排列都列出来的话,只能使用回溯算法爆搜

  • 确定dp数组以及下标的含义:dp[i]: 凑成目标正整数为i的排列个数为dp[i]

  • 确定递推公式:dp[i](考虑nums[j])可以由 dp[i - nums[j]](不考虑nums[j]) 推导出来。

  • dp数组如何初始化:因为递推公式dp[i] += dp[i - nums[j]]的缘故,dp[0]要初始化为1,这样递归其他dp[i]的时候才会有数值基础。

  • 确定遍历顺序:个数可以不限使用,说明这是一个完全背包。个数可以不限使用,说明这是一个完全背包。

    • 如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包
    • 如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品
  • 用示例中的例子推导一下:

    • 在这里插入图片描述
  • class Solution {
    public:int combinationSum4(vector<int>& nums, int target) {vector<int> dp(target+1,0);dp[0]=1;for(int i=0;i<target+1;i++){for(int j=0;j<nums.size();j++){if(i-nums[j]>=0 && dp[i] < INT_MAX-dp[i-nums[j]]){// C++测试用例有两个数相加超过int的数据,所以需要在if里加上dp[i] < INT_MAX - dp[i - num]。dp[i] += dp[i-nums[j]];}}}return dp[target];}
    };
    

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