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  • 硬币问题

    题目:有n种硬币,面值分别为V1,V2,…Vn,每种都有无限多。给定非负整数S,可以选用多少个硬币,使得面值之和恰好为S?输出硬币数目的最小值和最大值!

    如果我们有面值为1元、3元和5元的硬币若干枚,如何用最少的硬币凑够11元? (表面上这道题可以用贪心算法,但贪心算法无法保证可以求出解,比如1元换成2元的时候) 

      首先我们思考一个问题,如何用最少的硬币凑够i元(i<11)?为什么要这么问呢?两个原因:1.当我们遇到一个大问题时,总是习惯把问题的规模变小,这样便于分析讨论。2.这个规模变小后的问题和原来的问题是同质的,除了规模变小,其它的都是一样的,本质上它还是同一个问题(规模变小后的问题其实是原问题的子问题)。

      好了,让我们从最小的i开始吧。当i=0,即我们需要多少个硬币来凑够0元。由于1,3,5都大于0,即没有比0小的币值,因此凑够0元我们最少需要0个硬币。这时候我们发现用一个标记来表示这句“凑够0元我们最少需要0个硬币。

      那么, 我们用d(i)=j来表示凑够i元最少需要j个硬币。于是我们已经得到了d(0)=0,表示凑够0元最小需要0个硬币。当i=1时,只有面值为1元的硬币可用,因此我们拿起一个面值为1的硬币,接下来只需要凑够0元即可,而这个是已经知道答案的,即d(0)=0。所以,d(1)=d(1-1)+1=d(0)+1=0+1=1。

    当i=2时, 仍然只有面值为1的硬币可用,于是我拿起一个面值为1的硬币,接下来我只需要再凑够2-1=1元即可(记得要用最小的硬币数量),而这个答案也已经知道了。所以d(2)=d(2-1)+1=d(1)+1=1+1=2。

      一直到这里,你都可能会觉得,好无聊,感觉像做小学生的题目似的。因为我们一直都只能操作面值为1的硬币!耐心点,让我们看看i=3时的情况。当i=3时,我们能用的硬币就有两种了:1元的和3元的(5元的仍然没用,因为你需要凑的数目是3元!5元太多了亲)。既然能用的硬币有两种,我就有两种方案。如果我拿了一个1元的硬币,我的目标就变为了:凑够3-1=2元需要的最少硬币数量。即d(3)=d(3-1)+1=d(2)+1=2+1=3。这个方案说的是,我拿3个1元的硬币;第二种方案是我拿起一个3元的硬币,我的目标就变成:凑够3-3=0元需要的最少硬币数量。即d(3)=d(3-3)+1=d(0)+1=0+1=1.

      这个方案说的是,我拿1个3元的硬币。好了,这两种方案哪种更优呢? 记得我们可是要用最少的硬币数量来凑够3元的。所以, 选择d(3)=1,怎么来的呢?

      具体是这样得到的:d(3)=min{d(3-1)+1, d(3-3)+1}。

      上文中d(i)表示凑够i元需要的最少硬币数量,我们将它定义为该问题的”状态”,这个状态是怎么找出来的呢?我在另一篇文章中写过:根据子问题定义状态。你找到子问题,状态也就浮出水面了。

      最终我们要求解的问题,可以用这个状态来表示:d(11),即凑够11元最少需要多少个硬币。 那状态转移方程是什么呢?既然我们用d(i)表示状态,那么状态转移方程自然包含d(i), 上文中包含状态d(i)的方程是:d(3)=min{d(3-1)+1,d(3-3)+1}。没错,它就是状态转移方程,描述状态之间是如何转移的。当然,我们要对它抽象一下,d(i)=min{ d(i-vj)+1 },其中i-vj >=0,vj表示第j个硬币的面值;

      有了状态和状态转移方程,这个问题基本上也就解决了。

    代码一:动规递归方式实现

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int n, s, i;
    int d[1000],v[10];
    int dp(int s)
    {
    int & ans=d[s];//声明一个引用ans
    if (ans!= -1) return ans;
    ans = -(1<<30);//设定不能走到终点的路肯定小于能走到终点的路
    for (int i = 0;i < n;i++)
    if (s >= v[i])//等号很关键
    //根据公式:max{dp(s-v[i])+1},代码max(ans, dp(s - v[i])+1)中的ans记录的是上一个值
    ans = max(ans, dp(s - v[i])+1);
    return ans;
    }

    int main()
    {

    while (scanf("%d%d", &n, &s) != EOF)
    {
    for (i = 0;i < n;i++)
    scanf("%d", &v[i]);
    memset(d, -1, sizeof d);
    d[0] = 0;//用于辨别该路能否走到终点
    printf("%d ", dp(s));
    }
    return 0;
    }

    思考:最小值怎么求?

     代码二:动规搜索优化

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    int n, s, i;
    int d[1000],vis[1000],v[10];
    int dp(int s)
    {
    /*标记是否已访问过*/
    if(vis[s])return d[s];
    vis[s]=1;
    int & ans=d[s];//声明一个引用ans
    if (ans!= -1) return ans;
    ans = -(1<<30);//设定不能走到终点的路肯定小于能走到终点的路
    for (int i = 0;i < n;i++)
    if (s >= v[i])//等号很关键
    //根据公式:max{dp(s-v[i])+1},代码max(ans, dp(s - v[i])+1)中的ans记录的是上一个值
    ans = max(ans, dp(s - v[i])+1);
    return ans;
    }

    int main()
    {

    while (scanf("%d%d", &n, &s) != EOF)
    {
    for (i = 0;i < n;i++)
    scanf("%d", &v[i]);
    memset(vis,0,sizeof(vis));
    memset(d, -1, sizeof d);
    d[0] = 0;//用于辨别该路能否走到终点
    printf("%d ", dp(s));
    }
    return 0;
    }

    代码三:递推写法

    #include<bits/stdc++.h>
    #define INF (1<<30)
    using namespace std;
    int n, s, i;
    int d[1000],v[10];
    int minv[1000],maxv[1000];

    int main()
    {

    while (scanf("%d%d", &n, &s) != EOF)
    {
    for (i = 1;i <=n;i++)
    scanf("%d", &v[i]);
    minv[0]=maxv[0]=0;
    for(int i=1;i<=s;i++) {
    minv[i]=INF;maxv[i]=-INF;}
    for(int i=1;i<=s;i++)
    for(int j=1;j<=n;j++)
    if(i>=v[j])
    {
    minv[i]=min(minv[i],minv[i-v[j]]+1);
    maxv[i]=max(maxv[i],maxv[i-v[j]]+1);
    }
    printf("%d %d ",minv[s],maxv[s]);
    }
    return 0;
    }

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