算法:爬楼梯

爬楼梯

假设你正在爬楼梯。需要 n 阶你才能到达楼顶。
每次你可以爬 1 或 2 个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢?

实例1

输入:n = 2
输出:2
解释:有两种方法可以爬到楼顶。

  1. 1 阶 + 1 阶
  2. 2 阶

实例2

输入:n = 3
输出:3
解释:有三种方法可以爬到楼顶。

  1. 1 阶 + 1 阶 + 1 阶
  2. 1 阶 + 2 阶
  3. 2 阶 + 1 阶

提示

1 <= n <= 45

题解:

递归方法基于这样一个事实:到达第 i 阶楼梯的方法数是到达第 i-1 阶和第 i-2 阶楼梯的方法数之和。这是因为,要到达第 i 阶,你最后一步要么是从第 i-1 阶上来的,要么是从第 i-2 阶上来的。

  1. 解题思路

LeetCode 上的 “爬楼梯” 问题是一个经典的动态规划问题,通常有两种解法:递归和动态规划。
1.递归方法
递归方法基于这样一个事实:到达第 i 阶楼梯的方法数是到达第 i-1 阶和第 i-2 阶楼梯的方法数之和。这是因为,要到达第 i 阶,你最后一步要么是从第 i-1 阶上来的,要么是从第 i-2 阶上来的。
递归的伪代码如下:
function climbStairs(n):
if n == 1:return 1
if n == 2:return 2
return climbStairs(n - 1) + climbStairs(n - 2)
2,动态规划方法
动态规划方法是对递归方法的优化,避免了重复计算相同的子问题。我们使用一个数组 dp 来存储到达每一阶楼梯的方法数,其中 dp[i] 表示到达第 i 阶的方法数。
动态规划的伪代码如下:
function climbStairs(n):
if n == 1:return 1
dp = new int[n + 1]
dp[1] = 1
dp[2] = 2
for i from 3 to n:
dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2]
return dp[n]
3.空间优化的动态规划
由于 dp[i] 只依赖于 dp[i - 1] 和 dp[i - 2],我们不需要存储整个数组,只需要两个变量来存储这两个状态即可,从而将空间复杂度降低到 O(1)。
空间优化的动态规划伪代码如下:
function climbStairs(n):
if n == 1:return 1
a, b = 1, 2
for i from 3 to n:
temp = a + b
a = b
b = temp
return b
4.总结
递归方法直观但效率低,因为它有很多重复计算。
动态规划方法通过存储中间结果避免了重复计算,提高了效率。
空间优化的动态规划进一步减少了空间的使用,使得C更加高效。

2.JavaScript代码

    // 递归方法
    function climbStairsRecursive(int n) {
        if (n <= 2) return n;
        return climbStairsRecursive(n - 1) + climbStairsRecursive(n - 2);
    }
    
    // 动态规划方法
    function climbStairsDP(int n) {
        let dp = Array(n + 1).fill(0)
        if (n <= 2) return n;
        dp[1] = 1;
        dp[2] = 2;
        for (int i = 3; i <= n; ++i) {
            dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
        }
        return dp[n];
    }
    // 空间优化的动态规划方法
    var climbStairs = function (n) {
    let a = 1, b = 2, temp = 0;
    if (n <= 2) return n;
    for (let i = 3; i <= n; i++) {
        temp = a + b;
        a = b;
        b = temp;
    }
    return b;
};
### 爬楼梯算法的递归与动态规划实现原理 #### 1. **递归实现原理** 爬楼梯问题是经典的递归问题之一。其核心思想在于,如果一个人每次可以选择迈上一阶或者两阶台阶,则到达第 `n` 阶的方法总数等于到达第 `n-1` 阶和第 `n-2` 阶方法数之和[^1]。 以下是基于 JavaScript 实现的一个简单例子: ```javascript function climbStairs(n) { if (n === 0 || n === 1) return 1; return climbStairs(n - 1) + climbStairs(n - 2); } ``` 在这个递归版本中,当 `n` 较小时可以直接返回结果;对于较大的 `n` 值,它会不断分解成子问题直到达到基础情形为止。然而需要注意的是,这种纯递归方式存在大量重复计算的问题,时间复杂度较高 \(O(2^n)\)[^1]。 #### 2. **动态规划实现原理** 为了优化递归中的冗余计算,可以采用动态规划来存储中间状态的结果。这种方法通过自底向上的方式进行迭代,从而避免了不必要的重复运算。具体来说,在 GO 中可以通过如下代码展示: ```go func uniquePaths(m int, n int) int { dp := make([][]int, m) for i := range dp { dp[i] = make([]int, n) } for i := 0; i < m; i++ { for j := 0; j < n; j++ { if i == 0 || j == 0 { dp[i][j] = 1 } else { dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-1] } } } return dp[m-1][n-1] } ``` 这里定义了一个二维数组 `dp` 来保存每一个位置的可能性数目。初始条件设置为边界处只有一种路径可选,其余则遵循转移方程 `f(i,j)=f(i−1,j)+f(i,j−1)`[^2]。 而在 Python 当中也有类似的解决方案: ```python class Solution: def climbStairs(self, n: int) -> int: if n <= 2: return n prev1, prev2 = 1, 2 current = 0 for _ in range(3, n + 1): current = prev1 + prev2 prev1, prev2 = prev2, current return prev2 ``` 此段代码仅需常量空间即可完成任务,因为只需要记住前两个数值就可以推导出新的值[^3]。 综上所述,无论是使用递归还是动态规划解决爬楼梯问题,都体现了如何利用分治的思想逐步简化大问题并最终得到解答的过程。
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