算法:动态规划

一般思路

解决动态规划问题:

  • 写出状态表示
  • 写出状态转移方程
    • Base情况
    • 一般情况
  • 状态压缩——减小空间复杂度

198. 打家劫舍

对于每个i,维护抢还是不抢两个状态

买卖股票

状态表示

  • 天数 i 、交易次数 k 、是否持有股票
  • dp[i][k][0] 表示第i天,交易了k次,手上没有股票
  • dp[i][k][1] 表示第i天,交易了k次,手上持有股票

状态方程

  • dp[i][k][0]=max(dp[i−1][k][0],dp[i−1][k][1]+price[i])dp[i][k][0] = max(dp[i-1][k][0], dp[i-1][k][1] +price[i])dp[i][k][0]=max(dp[i1][k][0],dp[i1][k][1]+price[i])
    手上没有,或者卖了
  • dp[i][k][1]=max(dp[i−1][k−1][0],dp[i−1][k−1][0]−price[i])dp[i][k][1] = max(dp[i-1][k-1][0] ,dp[i-1][k-1][0] - price[i])dp[i][k][1]=max(dp[i1][k1][0],dp[i1][k1][0]price[i])
    手上有,或者买进

base case

  • dp[i][0][0]=0dp[i][0][0] = 0dp[i][0][0]=0
  • dp[i][0][1]=−infdp[i][0][1] = - infdp[i][0][1]=inf
  • dp[−1][k][0]=0dp[-1][k][0] = 0dp[1][k][0]=0
  • dp[−1][k][1]=−infdp[-1][k][1] = - infdp[1][k][1]=inf

121. 买卖股票的最佳时机

求差的最大值,每次计算先前最大与当前最大的最大。

122. 买卖股票的最佳时机 II

尽可能多买,就遇到差价就买

123. 买卖股票的最佳时机 III

交易两次的话,从头到尾看一次,从尾到头看一次。然后结合起来找最优。
相当于找左边与右边的最优。

子序列问题

状态表示的多样性:

  • 一维dp[i]
    • 当前长度的最优解
    • 以当前nums[i]结尾数组的最优解
  • 二维:dp[i][j]
    • nums[i:j]这个数组的最优解
    • 两个数组,数组nums1[:i],nums2[:j]的最优解

状态转移方程

  • base case可以扩增长度,避免i-1的问题

1143. 最长公共子序列

  • 状态表示:dp[i][j] 表示数组1到i,数组2到j时最长公共子序列的长度
  • 状态转移:
    dp[i][j]=dp[i−1][j−1]+1ifnums1[i]=nums2[j]dp[i][j] = dp[i-1][j-1]+1 \quad if\quad nums1[i]=nums2[j]dp[i][j]=dp[i1][j1]+1ifnums1[i]=nums2[j]
    else=max⁡(dp[i−1][j],dp[i][j−1])else=\max(dp[i-1][j],dp[i][j-1])else=max(dp[i1][j],dp[i][j1])

300. 最长上升子序列

  • 思路1:先排序,然后计算两个排序前后两个数组的最长公共子序列、O(N2)O(N^2)O(N2)
  • 思路2:O(N2)O(N^2)O(N2)
    • 状态表示:dp[i]表示以nums[i]为结尾上升子序列的长度。【所以答案是max(dp[i])】
    • 状态转移:dp[i]=max(dp[j]+1,j<i)ifnums[i]>nums[j]dp[i] = max(dp[j] + 1,j < i) \quad if \quad nums[i] > nums[j]dp[i]=max(dp[j]+1,j<i)ifnums[i]>nums[j]
  • 思路3:二分查找?O(NlogN)O(NlogN)O(NlogN)

516. 最长回文子序列

  • 状态表示:dp[i[[j]dp[i[[j]dp[i[[j]表示数组nums[i:j+1]的最长回文子序列的长度
  • 状态转移:
    • dp[i][j]=dp[i+1][j−1]+2ifnums[i]=nums[j]dp[i][j] =dp[i+1][j-1] + 2 \quad if\quad nums[i]=nums[j]dp[i][j]=dp[i+1][j1]+2ifnums[i]=nums[j]
    • else: dp[i][j]=max(dp[i+1][j],dp[i][j−1])dp[i][j] =max(dp[i+1][j],dp[i][j-1])dp[i][j]=max(dp[i+1][j],dp[i][j1])

53. 最大子序和

  • 状态表示:dp[i]dp[i]dp[i]表示以nums[i]nums[i]nums[i]为结尾的子序数组
  • 状态转移:dp[i]=max(dp[i−1]+nums[i],nums[i])dp[i] =max(dp[i-1]+nums[i],nums[i])dp[i]=max(dp[i1]+nums[i],nums[i])

背包问题

0-1背包问题是,对于一个承重W的背包,有N个物品,每个物品有对应的重量以及价值。怎么装才能获得最大价值?

  • 状态表示:dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]表示前i个物品,承重j时的最大价值
  • 状态转移方程:dp[i][j]=max(dp[i−1][j],dp[i−1][j−nums[i])dp[i][j] = max(dp[i-1][j],dp[i-1][j-nums[i])dp[i][j]=max(dp[i1][j],dp[i1][jnums[i]) if j -nums[i] >=0
  • 边界情况:都是0,要考虑i-1越界的情况。

背包问题的变体:

416. 分割等和子集

变成背包问题,但不需要考虑价值,只考虑能不能装(true or false)

322. 零钱兑换

状态表示:dp[i]dp[i]dp[i],amount为i时最少硬币数。
状态转移方程:dp[i]=min(dp[i−c],forcincoins)+1dp[i] = min(dp[i-c],for \quad c\quad in \quad coins)+1dp[i]=min(dp[ic],forcincoins)+1

518. 零钱兑换 II

状态表示:dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]:使用前i个硬币,金额为j时的组合数
状态转移:dp[i][j]=dp[i−1][j]+dp[i][j−coins[i]]dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-coins[i]]dp[i][j]=dp[i1][j]+dp[i][jcoins[i]]

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