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  • [LeetCode] Burst Balloons (Medium)

    Burst Balloons (Medium)

    这题没有做出来. 自己的思路停留在暴力的解法, 时间复杂度很高:

    1. 初始化maxCount = 0.
    2. 对于当前长度为k的数组nums, 从0k - 1逐个选取第i个气球扎破
      1. 计算扎破气球得到的金币数, count = nums[i - 1] * nums[i] * nums[i + 1].
      2. nums中删掉nums[i].
      3. 查询m[nums]是否存在, 不存在则递归调用maxCoins(nums)并插入m[nums].
      4. count += m[nums]后就是本轮的最优解, 若count > maxCount则更新maxCount.
      5. 恢复nums[i]回到nums中.
    3. 返回maxCount.
    class Solution {
    private:
        map<vector<int>, int> m;
    public:
        int maxCoins(vector<int>& nums) {
            int len = nums.size();
            if (len <= 0) return 0;
            if (len == 1) return nums[0];
            int maxCount = 0;
            for (int i = 0; i < len; ++i) {
                int val = nums[i];
                int count = nums[i];
                if (i - 1 >= 0) {
                    count *= nums[i - 1];
                }
                if (i + 1 < len) {
                    count *= nums[i + 1];
                }
                nums.erase(nums.begin() + i);
                auto it = m.find(nums);
                if (it == m.end()) {
                    count += (m[nums] = maxCoins(nums));
                } else {
                    count += it->second;
                }
                maxCount = max(maxCount, count);
                nums.insert(nums.begin() + i, val);
            }
            return maxCount;
        }
    };
    

    这个算法如果不加memo, 在第i次选择时有n - i个选择 (i = 0 ~ n-1), 所以一共有n!次选择, 每次选择都要进行O(n)时间复杂度的删气球和回填气球的操作查找vector的时间复杂度是多少?, 故时间复杂度O(n*n!), n层递归故空间复杂度O(n).

    如上加了memo之后, 对于每种输入情况只计算一次, 对于k个气球, 有C(n, k)中情况 (k = 1~n), 一共是2^n种情况, 同上要考虑增删气球的时间复杂度, 所以时间复杂度最好也是O(n*2^n). 这2^n种情况都要保存在memo中, 每种输入的平均长度是O(n)级别的, 因此空间复杂度是O(n*2^n).

    总之, TLE.


    看了Share some analysis and explanations之后写下了下面的算法.

    class Solution {
    private:
        map<pair<int, int>, int> m;
        int maxCoins(vector<int> &nums, int left, int right, int lv, int rv) {
            if (left > right) return 0;
            if (left == right) return nums[left] * lv * rv;
            auto coor = make_pair(left, right);
            auto it = m.find(coor);
            if (it != m.end()) {
                return it->second;
            }
            int maxCount = 0;
            for (int i = left; i <= right; ++i) {
                int count = nums[i] * lv * rv
                + maxCoins(nums, left, i - 1, lv, nums[i])
                + maxCoins(nums, i + 1, right, nums[i], rv);
                maxCount = max(maxCount, count);
            }
            m[coor] = maxCount;
            return maxCount;
        }
    public:
        int maxCoins(vector<int>& nums) {
            int len = nums.size();
            if (len <= 0) return 0;
            return maxCoins(nums, 0, len - 1, 1, 1);
        }
    };
    // Runtime: 1428ms
    

    时间复杂度O(n^3). 起止点共有C(n, 2)个组合, 是O(n^2)级别的. 对于每个组合要遍历一遍, 找最大. 所以整体是O(n^3).
    空间复杂度O(n^2).

    小优化:

    1. 删掉0. (Runtime: 1300ms).
    2. 改用数组做map (Runtime: 36ms). 没想到数组比map好用这么多, 为什么?
    class Solution {
    private:
        int maxCoins(vector<int> &nums, int left, int right, int lv, int rv, int* memo, int n) {
            if (left > right) return 0;
            if (left == right) return nums[left] * lv * rv;
            if (memo[left * n + right] != 0) return memo[left * n + right];
            int maxCount = 0;
            for (int i = left; i <= right; ++i) {
                int count = nums[i] * lv * rv
                + maxCoins(nums, left, i - 1, lv, nums[i], memo, n)
                + maxCoins(nums, i + 1, right, nums[i], rv, memo, n);
                maxCount = max(maxCount, count);
            }
            memo[left * n + right] = maxCount;
            return maxCount;
        }
    public:
        int maxCoins(vector<int>& nums) {
            int len = nums.size();
            if (len <= 0) return 0;
            int n = 0;
            for (int x : nums) if (x > 0) nums[n++] = x;
            int memo[n][n] = {};
            return maxCoins(nums, 0, n - 1, 1, 1, (int*)memo, n);
        }
    };
    

    标准答案:

    class Solution {
    public:
        int maxCoins(vector<int>& iNums) {
            int nums[iNums.size() + 2];
            int n = 1;
            for (int x : iNums) if (x > 0) nums[n++] = x;
            nums[0] = nums[n++] = 1;
            
            int dp[n][n] = {};
            for (int k = 2; k <= n; ++k) {
                for (int L = 0; L <= n - k; ++L) {
                    int R = L + k;
                    for (int i = L + 1; i < R; ++i) {
                        dp[L][R] = max(dp[L][R], nums[L] * nums[i] * nums[R] + dp[L][i] + dp[i][R]);
                    }
                }
            }
            return dp[0][n - 1];
        }
    };
    // Runtime: 12ms
    

    其中dp[i][j]表示第i个气球到第j个气球能获取的最大金币数 (i最小为-1, j最大为n).

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