动态规划之找零问题

本文介绍了动态规划的基本思想及应用实例——找零问题。通过分析不同面值硬币组合成特定金额所需的最少硬币数量,展示了如何利用动态规划解决实际问题。提供了详细的算法思路与C++代码实现。

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1、什仫是动态规划问题?

动态规划的基本思想是将待求解问题分解成若干个子问题,先求解子问题,并将这些子问题的解保存起来,如果以后在求解较大子问题的时候需要用到这些子问题的解,就可以直接取出这些已经计算过的解而免去重复运算。保存子问题的解可以使用填表方式,例如保存在数组中。

2、下面来看一个动态规划的例子–找零问题

给予不同面值的硬币若干(每种硬币个数无限多),如何用若干种硬币组合为某种面额的钱,使硬币的的个数最少?

在实际生活中,我们往往使用的是贪心算法,比如找零钱时候需要13元,是10+2+1。但是假若硬币的面值是1,2,5,所要找的零钱total=9,是不是贪心算法就无法解决了呢?在这里就用到动态规划的思想了。
下来来分析一个具体的例子,假设面值为1,2,5,21,25,需要找零total=63,那仫只需要找到3个21即可。那仫如何体现出由子问题解决大问题的动态规划思想呢?

money[]--=>保存硬币面值的数组
len-->硬币面值不同的硬币种类数量,也就是money数组的大小
total-->需要找零的钱币
coinMoney[]-->保存找零为i的所需要的最小的硬币数

当计算找零为i的最少硬币数coinMoney[i]的时候,可以将该问题分解为求coinMoney[i-value]和一个面值为value元的硬币,因为i-cents<i,所以coinMoney[i-value]必然存在,如果币值为value的硬币满足题意,那仫最终解coinMoney[i]=coinMoney[i-value]+1,也就是面值为value的这一个硬币。
3、代码实现

//动态规划之找零问题
void MakeMoney(int *money, int len, int total)
{
    int *coinMoney = new int[total + 1];   //下标为0的位置不用
    coinMoney[0] = 0;
    int i = 1;
    //i-->钱币面值,money[i]表示找零的最小硬币数
    for (; i <= total; i++)    //i控制1~total之间的每种币值都找零钱,也就是若干子问题
    {
        int minMoney = i;
        for (int j = 0; j < len; j++)   //j是控制每种钱币面值是否在找零钱的范围内
        {
            if (i >= money[j])   //要找的零钱i大于硬币的面值
            {
                int tmp = coinMoney[i - money[j]] + 1;
                if (tmp < minMoney)   //更新所需要的最少的硬币数
                {
                    minMoney = tmp;
                }
            }
        }
        coinMoney[i] = minMoney;
    }
    printf("找零为%d需要的最小硬币数为%d\n", total, coinMoney[i-1]);
    delete[]coinMoney;
}

int main()
{
    int money[] = { 1, 2, 5, 21, 25 };
    int len = sizeof(money) / sizeof(money[0]);
    int total = 63;
    MakeMoney(money, len, total);
    system("pause");
    return 0;
}

如果有理解的不正确的地方,欢迎指出。

### 动态规划解决硬币找零问题的Python实现 硬币找零问题动态规划的经典应用之一。其目标是给定若干种面值的硬币和一个目标金额,找出最少需要多少枚硬币才能凑成该金额。如果无法凑成,则返回 `-1`。 以下是使用 Python 实现动态规划解决硬币找零问题的代码及详细解释: ```python def coinChange(coins, amount): # 初始化 dp 数组,大小为 amount+1,初始值设为 inf 表示不可达 dp = [float('inf')] * (amount + 1) dp[0] = 0 # 当目标金额为 0 时,所需硬币数为 0 # 遍历所有可能的目标金额 for i in range(1, amount + 1): # 对于每个金额,尝试每一种硬币 for coin in coins: if i >= coin: # 如果当前硬币面值小于等于目标金额 dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1) # 更新最小硬币数 # 如果 dp[amount] 仍为 inf,说明无法凑成该金额 return dp[amount] if dp[amount] != float('inf') else -1 # 示例测试 coins = [1, 3, 5] # 硬币面值 amount = 11 # 目标金额 result = coinChange(coins, amount) print(f"最少需要 {result} 枚硬币来凑成 {amount} 元") ``` #### 代码解释 1. **初始化**: 创建一个数组 `dp`,其中 `dp[i]` 表示凑成金额 `i` 所需的最少硬币数。初始时,将所有值设为无穷大(`float('inf')`),表示这些金额暂时无法凑成。对于金额 `0`,显然不需要任何硬币,因此 `dp[0] = 0`[^4]。 2. **状态转移方程**: 对于每个金额 `i` 和每种硬币 `coin`,如果 `i >= coin`,则可以考虑使用这枚硬币。此时,更新 `dp[i]` 的值为 `min(dp[i], dp[i - coin] + 1)`,即比较不使用该硬币和使用该硬币两种情况下的最小值[^3]。 3. **结果判断**: 最后检查 `dp[amount]` 的值。如果它仍然是无穷大,说明无法凑成目标金额,返回 `-1`;否则返回 `dp[amount]`,即最少硬币数[^4]。 --- ### 动态规划的核心思想 动态规划的核心在于将问题分解为子问题,并通过保存子问题的结果避免重复计算。在硬币找零问题中,每个金额都可以看作是一个子问题,而 `dp[i]` 的值依赖于之前计算出的 `dp[i - coin]` 值[^3]。 例如,如果我们有面值为 `[1, 3, 5]` 的硬币,目标金额为 `11`,那么: - `dp[1] = 1` (使用 1 枚 1 元硬币) - `dp[3] = 1` (使用 1 枚 3 元硬币) - `dp[5] = 1` (使用 1 枚 5 元硬币) - `dp[11] = 3` (使用 2 枚 5 元硬币 + 1 枚 1 元硬币) --- ### 注意事项 1. **输入合法性**: 如果硬币面值列表为空或目标金额为负数,应提前处理并返回适当的结果。 2. **性能优化**: 在某些情况下,可以通过对硬币面值进行排序或剪枝来提高算法效率[^5]。 3. **贪心算法的局限性**: 贪心算法虽然简单,但在某些情况下无法保证最优解。例如,当硬币面值为 `[1, 3, 4]` 时,目标金额为 `6`,贪心算法会选 `4 + 1 + 1`(共 3 枚),而动态规划会选 `3 + 3`(共 2 枚)[^5]。 ---
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