【LeetCode】动态规划—322. 零钱兑换(附完整Python/C++代码)

题目描述

在这里插入图片描述

前言介绍

零钱兑换 是一个经典的 动态规划 问题。给定一个整数数组 coins,其中每个元素代表不同面额的硬币,再给定一个整数 amount,表示需要凑成的总金额,要求计算出用这些硬币凑成该金额的最少硬币数量。如果凑不出该金额,则返回 -1。


基本思路

1. 问题定义

我们需要找到一个硬币组合,使得硬币的总和为 amount,同时硬币的数量最少。如果无法凑出总金额,则返回 -1。

举例:

  • 输入:coins = [1, 2, 5], amount = 11

  • 输出:3

  • 解释:11 = 5 + 5 + 1,最少需要 3 个硬币。

  • 输入:coins = [2], amount = 3

  • 输出:-1

  • 解释:无法凑出总金额 3。

2. 理解问题和递推关系

动态规划思想:

这是一个典型的 完全背包问题。对于每一个金额 i,我们需要找到一种组合,使得凑成 i 所需的硬币数量最少。

状态定义:

  • dp[i] 表示凑成金额 i 所需的最少硬币数量。

状态转移方程:

  • 对于每个硬币 coin,如果 coin <= i,我们可以选择将该硬币加入到当前组合中,并更新状态:
    [
    dp[i] = \min(dp[i], dp[i - coin] + 1)
    ]
    • 其中 dp[i - coin] 表示凑成金额 i - coin 所需的最少硬币数量,再加上当前使用的这一个硬币。

边界条件:

  • amount = 0 时,不需要任何硬币即可凑成,故 dp[0] = 0
  • 初始时,将 dp 数组的所有元素设为无穷大(即无法凑出这些金额),然后逐步更新。

3. 解决方法

动态规划方法

  1. 初始化:创建一个大小为 amount + 1dp 数组,初始时 dp[0] = 0,其他位置的值为无穷大。
  2. 状态转移:遍历每个金额 i,然后对每个硬币 coin,更新 dp[i] 的值。
  3. 返回结果:如果 dp[amount] 依然是无穷大,说明无法凑出该金额,返回 -1;否则返回 dp[amount]

伪代码:

initialize dp array with dp[0] = 0, and other dp[i] = inf
for each coin in coins:
    for i from coin to amount:
        dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)
if dp[amount] == inf:
    return -1
else:
    return dp[amount]

4. 进一步优化

  • 时间复杂度:时间复杂度为 O(amount * n),其中 n 是硬币的种类数,amount 是目标金额。
  • 空间复杂度:空间复杂度为 O(amount),因为我们只需要维护一个大小为 amount + 1dp 数组。

5. 小总结

  • 递推思路:这是一个典型的动态规划问题,通过逐步构建 dp 数组,从最小的金额开始递推,计算出最终结果。
  • 时间复杂度:时间复杂度为 O(amount * n),适合处理中等规模的输入。

以上就是零钱兑换问题的基本思路。


Python代码

class Solution:
    def coinChange(self, coins: list[int], amount: int) -> int:
        # 初始化dp数组,dp[i]表示凑成金额i的最少硬币数量
        dp = [float('inf')] * (amount + 1)
        dp[0] = 0  # 凑成金额0所需的硬币数量为0

        # 动态规划计算
        for coin in coins:
            for i in range(coin, amount + 1):
                dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)

        # 如果dp[amount]还是inf,表示无法凑成目标金额
        return dp[amount] if dp[amount] != float('inf') else -1

Python代码解释

  1. 初始化:定义 dp 数组,dp[i] 表示凑成金额 i 的最少硬币数量,初始时所有金额都设为 inf,表示无法凑出。
  2. 动态规划递推:遍历每个硬币 coin,更新 dp[i],即计算出当前金额 i 的最小硬币数。
  3. 返回结果:如果 dp[amount] 依然是无穷大,说明无法凑出目标金额,返回 -1;否则返回 dp[amount]

C++代码

class Solution {
public:
    int coinChange(vector<int>& coins, int amount) {
        // 初始化dp数组,dp[i]表示凑成金额i的最少硬币数量
        vector<int> dp(amount + 1, INT_MAX);
        dp[0] = 0;  // 凑成金额0所需的硬币数量为0

        // 动态规划计算
        for (int coin : coins) {
            for (int i = coin; i <= amount; ++i) {
                if (dp[i - coin] != INT_MAX) {
                    dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1);
                }
            }
        }

        // 如果dp[amount]还是INT_MAX,表示无法凑成目标金额
        return dp[amount] == INT_MAX ? -1 : dp[amount];
    }
};

C++代码解释

  1. 初始化:定义 dp 数组,dp[i] 表示凑成金额 i 的最少硬币数量,初始时所有金额都设为 INT_MAX,表示无法凑出。
  2. 动态规划递推:遍历每个硬币 coin,更新 dp[i],即计算出当前金额 i 的最小硬币数。
  3. 返回结果:如果 dp[amount] 依然是 INT_MAX,说明无法凑出目标金额,返回 -1;否则返回 dp[amount]

总结

  • 核心思想:通过动态规划解决最少硬币数问题。dp[i] 表示凑成金额 i 所需的最少硬币数量,状态转移方程为 dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)
  • 时间复杂度:时间复杂度为 O(amount * n),其中 n 是硬币的种类数,amount 是目标金额。
  • 空间复杂度:空间复杂度为 O(amount),因为我们只需要维护一个 dp 数组。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

Albert_Lsk

今天又能喝柠檬茶啦

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足,请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值