动态规划学习笔记-入门

动态规划

特点

1. 计数型
   • 有多少种方法选出k个数使得和是sum
2. 求最大最小值
   • 从左上角走到右下角路径的最大数字和
   • 最长上升子序列长度
3. 求存在性
   • 取石子游戏，先手是否必胜
   • 能不能选出k个数使得和是sum

解题步骤

1. 确定状态
   解动态规划的题，必然要创建一个数组，所谓状态，就是说数组每个元素f[i]或f[i][j]代表什么
   两个重要分析条件
   - 最后一步
   - 子问题
2. 转移方程
3. 初始条件和边界情况
4. 计算顺序

例题1

你有三种硬币，分别为2元，5元和7元，每种硬币都足够多；买一本书需要27元；如何用最少的硬币组合正好付清，不需要对方找钱

确定状态

最后一步&子问题

转移方程

初始条件和边界情况

计算顺序

题解

public class Solution{
    public int coinChange(in[] A,int M){
        int n=A.length;
        int[] f = new int[M+1];

        f[0]=0;

        int i,k;
        for(i=1;i<=M;i++){
            f[i]=Integer.MAX_VALUE;
            for(k=0;k<n;k++){
                if(i>=A[k]&&f[i-A[k]!=Integer.MAX_VALUE]){
                    f[i]=Math.min(f[i],f[i-A[k]]+i);
                }
            }
        }

        if(f[M] == Integer.MAX_VALUE)
            return -1;
        else
            return f[M];
    }
}

例题2 Unique Path

给定m行n列的网格，有一个机器人从左上角(0,0)出发，每一步可以向下或者向右走一步，问有多少种不同的方式走到右下角

确定状态

最后一步

无论机器人用何种方式到达右下角，总有最后挪动的一步：向右或者向下，右下角坐标设为(m-1,n-1),那么前一步机器人一定是在(m-2,n-1)或者(m-1,n-2)

子问题

那么如果机器人有x种方式从左上角走到(m-2,n-1),有y种方式从左上角走到(m-1,n-2),则机器人有x+y种方式走到(m-1,n-1)

问题转化为

机器人有多少种方式从左上角走到(m-2,n-1)和(m-1,n-2)
而原题要求：有多少种方式从左上角走到(m-1,n-1)

状态

设f[i][j]为机器人有多少种方式从左上角走到(i,j)

转移方程

对任意一个格子(i,j)
f[i][j]=f[i-1][j]+f[i][j-1]

初始条件和边界情况

初始条件

f[0][0]=1,因为机器人只有一种方式到左上角(就算一步不走，也算一种走法)

边界情况

i=0或j=0，则前一步只能有一个方向过来(位于最下方，只能一直往右走；位于最右边，只能一直往下走；想象一下象棋里的兵)

计算顺序

一行一行的算
一列一列的算其实也可以都一样

代码实现

public class UniquePath {
    public int uniquePath(int m,int n){
        //因为二维数组是从0开始的，最右下角是m-1和n-1,所以这里容量是m,n
        int[][] f=new int[m][n];
        int i,j;
        for(i=0;i<m;i++){
            for(j=0;j<n;j++){
                //初始化
                if(i==0||j==0){
                    f[i][j]=1;
                    continue;
                }
                //转移方程，可以看到，写出了转移方程，后面的都不难
                f[i][j]=f[i-1][j]+f[i][j-1];
            }
        }
        return f[m-1][n-1];
    }
}

例题3

有n块石头分别在轴的0，1，...,n-1位置；一只青蛙在石头0，想跳到石头n-1；如果青蛙在第i块石头上，它最多可以向右跳距离$a_i$;问青蛙能否跳到石头n-1

确定状态

最后一步

如果青蛙能跳到最后一块石头n-1，我们考虑它跳的最后一步；这一步是从石头i跳过来，i<n-1；这需要两个条件同时满足
青蛙可以跳到石头i
最后一步不超过跳跃的最大距离：n-1-i<=$a_i$

子问题

青蛙能不能跳到石头i(i<n-1)
而我们原来的问题是求青蛙能不能跳到石头n-1
这就是我们的子问题

状态

设f[j]表示青蛙能不能跳到石头j

转移方程

设f[j]表示青蛙能不能跳到石头j

初始条件和边界情况

f[0]=True
因为青蛙一开始就在石头0上

计算顺序

初始化f[0]=True
f[1],f[2],...,f[n-1]这个顺序

代码实现

public class JumpGame {
    public boolean jump(int []A){
        int n=A.length;//获取长度
        boolean[] f=new boolean[n];

        //初始化
        f[0] =true;
        int i,j;
        for(j=1;j<n;j++){
            f[j]=false;//初始化

            for(i=0;i<j;i++){
                if(f[i]&& i+A[i]>=j){
                    f[j]=true;
                    break;
                }
            }
        }
        return f[n-1];
    }
}

例题4

给定a[0],...,a[n-1];找到最长的连续子序列i,i+1,i+2,...,j;使得a[i]*a[i+1]*...*a[j]最大

确定状态

最后一步

对于最优的策略(乘积最大)，一定有最后一个元素a[j]
第一种情况：最优策略的序列就是{a[j]},答案是a[j]
第二种情况：连续子序列长度大于1，那么最优策略中a[j]前一个元素肯定是a[j-1]

如果a[j]是正数，我们希望以a[j-1]结尾的连续子序列乘积最大；如果a[j]是负数，我们希望以a[j-1]结尾的连续子序列乘积最小

所以要同时保存最大和最小两个极值

子问题

原问题可化为：求以a[j]结尾的连续子序列的最大乘积和以a[j]结尾的连续子序列的最小乘积；

两种情况都需要以a[j-1]结尾的乘积最大/小连续子序列

状态

设f[j]=以a[j]结尾的连续子序列的最大乘积，设g[j]=以a[j]结尾的连续子序列的最小乘积

转移方程

初始条件和边界情况

情况2必须满足：
j>0,即a[j]前面至少还有一个元素

初始条件：空

计算顺序

计算f[0]g[0]f[1]g[1]...f[n-1]g[n-1]

代码实现

public class MaxProduct {
    public int maxProduct(int[] A){
        int n=A.length;
        if(n==0)
            return 0;
        int[] f =new int[n];
        int[] g =new int[n];
        int iccccccc;
        //这一步还是有点疑问的，为什么要设一个MIN_VALUE呢？
        //只不过是初始化而已，设个0都没问题
        int res = Integer.MIN_VALUE;
        for(i=0;i<n;i++){
            //这一步不难理解，有一种情况是这个数就是序列本身
            f[i]=A[i];
            if(i>0){
                f[i]=Math.max(f[i],Math.max(A[i]*f[i-1],A[i]*g[i-1]));
            }

            g[i]=A[i];
            if(i>0){
                g[i]=Math.min(f[i],Math.min(A[i]*f[i-1],A[i]*g[i-1]));
            }

            res = Math.max(res,f[i]);
        }

        return res;
    }
}