数据结构与算法-动态规划

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题目描述:

1.一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。

2.一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级……它也可以跳上n级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。

3.目前市面上的纸币主要有1元,5元,10元,20元,50元、100元六种,如果要买一件商品x元,有多少种货币组成方式?

问法不一样,但是本质一样!



解析:

这些都属于动态规划解法

第一题用Fibonacci的F(n)=F(n-1) + F(n-2) ,比较简单。

第二题、F(n)=F(n-1) + F(n-2) +…+F(n-k)=2F(n-1)。

第三题,属于完全背包问题:


状态转移方程1:


定义F[i][sum] = 用前i种硬币构成sum的所有组合数。




F

[

i

]

[

s

u

m

]

=

F

[

i

1

]

[

s

u

m

0

V

m

]

+

F

[

i

1

]

[

s

u

m

1

V

m

]

+

F

[

i

1

]

[

s

u

m

2

V

m

]

+

+

F

[

i

1

]

[

s

u

m

K

V

m

]

F[i][sum] = F[i-1][sum – 0*V_m] + F[i-1][sum – 1*V_m] + F[i-1][sum – 2*V_m] + … + F[i-1][sum – K*V_m]






F


[


i


]


[


s


u


m


]




=








F


[


i













1


]


[


s


u


m













0














V










m


















]




+








F


[


i













1


]


[


s


u


m













1














V










m


















]




+








F


[


i













1


]


[


s


u


m













2














V










m


















]




+













+








F


[


i













1


]


[


s


u


m













K














V










m


















]





,其中m=i-1, k=sum/V_m。

如果我们用二位数组表示F[i][sum], 我们发现第i行的值全部依赖与i-1行的值,所以我们可以逐行求解该数组。


状态转移方程2:


和跳台阶一样,发现这种方式更简单容易理解

F[sum] = F[sum-1] + F[sum-5] + …+F[sum-100]



实现:

#include <vector>
#include <iostream>

using namespace std;

class Solution {
public:
    // 动态规划1:
    // F[i][sum] = 用前i种硬币构成sum的所有组合数。
    // 状态转移方程:
    // F[i][sum] = F[i-1][sum - 0*Vm] + F[i-1][sum - 1*Vm] + F[i-1][sum - 2*Vm] + … + F[i-1][sum - K*Vm]
    // 其中m=i-1, k=sum/Vm
    int solution1(vector<int> array, int sum) {
        int n = array.size();
        // F[i][j]表示用硬币的前i个可以凑成金额j的个数
        // 定义二维数组
        vector<vector<int> > F(n+1, vector<int>(sum+1,0));

        // 初始条件,如果sum=0,那么无论有前多少种来组合0,只有一种可能
        for(int i = 0; i <= n; i++)
        {
            F[i][0] = 1;
        }

        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            for (int j = 1; j <= sum; j++) {
                // j / coins[i-1]表示能取的该硬币的最大数量。
                for (int k = 0; k <= j / array[i-1]; k++)
                {
                    F[i][j] += F[i-1][j - k * array[i-1]];
                }
            }
        }

        return F[n][sum];
    }

    // 动态规划2:
    int solution1(vector<int> array, int sum) {
     int n = array.size();
        // F[x]表示凑成金额x的组合个数
        // 定义二维数组
        int F[sum];
        F[0]=1;
        for(int i = 0; i < n; i++){
        	for(int x = array[i]; x < sum; x++){
        		F(x) += F[x - array[i]];
        	}
        }
        return F(sum-1);
    }


    // 暴力搜索
    int solution3(vector<int> array, int sum) {
        int num = 0;
        if (sum < 1) {
            return num;
        }

        for (int i = 0; i <= sum / array[0]; i++)
            for (int j = 0; j <= sum / array[1]; j++)
                for (int k = 0; k <= sum / array[2]; k++)
                    for (int l = 0; l <= sum / array[3]; l++)
                        for (int m = 0; m <= sum / array[4]; m++)
                            for (int h = 0; h <= sum / array[5]; h++) {
                                if (sum == i + 5 * j + 10 * k + 20 * l + 50 * m + 100 * h) {
                                    num++;
                                }
                            }
        return num;
    }
};

int main() {
    vector<int> array = {1, 5, 10, 20, 50, 100};
    Solution s;
    cout << s.solution1(array, 200) << endl;
}



01背包问题





N

N






N





件物品和一个容量为



V

V






V





的背包,放入第



i

i






i





件物品的费用是



C

i

C_i







C










i





















,得到的价值是



W

i

W_i







W










i





















。求解将哪些物品装入背包可使价值总和最大。

状态转移方程




F

[

i

,

v

]

=

m

a

x

F

[

i

1

,

v

]

,

W

i

+

F

[

i

1

,

v

C

i

]

F[i,v]=max{F[i-1,v],W_i+F[i-1,v-C_i]}






F


[


i


,




v


]




=








m


a


x



F


[


i









1


,




v


]


,





W










i




















+




F


[


i









1


,




v










C










i


















]








Reference:

https://www.jianshu.com/p/a66d5ce49df5



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