leetcode.322:零钱兑换

本文探讨了如何计算使用最少数量的硬币凑成特定总金额的算法。介绍了动态规划和回溯剪枝两种方法,详细解析了每种方法的实现步骤和核心逻辑,旨在帮助读者理解并掌握此类问题的解决策略。

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给定不同面额的硬币 coins 和一个总金额 amount。编写一个函数来计算可以凑成总金额所需的最少的硬币个数。如果没有任何一种硬币组合能组成总金额,返回 -1。

示例 1:

输入: coins = [1, 2, 5], amount = 11
输出: 3
解释: 11 = 5 + 5 + 1
示例 2:

输入: coins = [2], amount = 3
输出: -1

说明:
你可以认为每种硬币的数量是无限的。

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在真实的面试中遇到过这道题?

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/coin-change
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两种思路:dp+回溯剪枝
动态规划:
1. 确认原问题和子问题。原问题:m金额,最少用多少硬币;子问题:a+b=m,a金额和b金额最少用多少硬币;
2. 确认状态。dp[i]即代表金额为i,最少需要多少硬币;
3. 确认边界状态的值。dp[0]=0,dp[coin in coins] = 1;
4. 状态转移方程。dp[i] = min(dp[i-(coin in coins)]+1)
注:dp的过程中要注意条件判断,比如金额小于最小硬币的时候不需要进行后面的步骤,或者dp[i-(coin in coins)]==-1的时候,表明无法找到这个金额的组合,所以不进行dp。

class Solution {
public:
    int coinChange(vector<int>& coins, int amount) {
        vector<int> dp(amount+1,-1);
        for(auto coin:coins)
        {
            if(coin<=amount)
            dp[coin]=1;
        }
        dp[0] = 0;
        for(int i = 1;i<=amount;i++)
        {
            for(int j = 0;j<coins.size();j++)
            {
                if(i>=coins[j]&&dp[i-coins[j]]!=-1)
                if(dp[i]==-1||dp[i]>dp[i-coins[j]]+1)
                {
                    dp[i] = dp[i-coins[j]]+1;
                }
            }
        }
        return dp[amount];
    }
};

回溯+剪枝
题解区的大佬思路,更加直观,更加快速,总的思路就是从大到小贪心的去找满足条件的一个解,根据这个解来大面积的剪枝。背后的逻辑是,这个题贪心出来的解,大部分能够离最优解的距离不远,由此可以排除大量的距离最优解很远的解,由此来优化搜索空间。步骤如下:
1. 将coins从大到小排序;
2. 贪心的从coins中取出最多个数的最大的coin来尽可能满足当前金额,当无法找到解的时候,回溯,得到第一个解,更新初始化为INT_MAX的ret;
3. 在之后的遍历中,当当前使用的硬币数已经超过当前的ret的时候,不再向下搜索,回溯,继续寻找其他的解,直到所有不被排除的解空间搜索完毕,此时的ret已经被更新为最小值。

class Solution {
public:
    int coinChange(vector<int>& coins, int amount) {
        if(amount==0)return 0;
        int ret = INT_MAX;
        sort(coins.rbegin(),coins.rend());
        coinChange(coins,amount,0,ret,0);
        return ret==INT_MAX?-1:ret;
    }

    void coinChange(vector<int>&coins,int amount,int count,int &ret,int index)
    {
        if(amount==0)
        {
            ret = ret<count?ret:count;
            return;
        }
        if(index==coins.size())return;

        for(int k = amount/coins[index];k>=0&&k+count<ret;k--)
        {
            coinChange(coins,amount-k*coins[index],count+k,ret,index+1);
        }
    }
};
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