零钱兑换(力扣)

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解题思路

   此题的思想应用了完全背包问题和求解背包方案数量问题,故需要将其转化为背包方案问题来求解。如下为推导公式:
   创建二维dp数组,dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j],表示使用零钱类数i和组成的总金额jjj。对于第iii枚硬币金额为c[i]c[i]c[i]。对于dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]来说,可以不拿第i个硬币,就已经组成了总金额jjj。则此时dp[i][j]=dp[i−1][j]dp[i][j]=dp[i-1][j]dp[i][j]=dp[i1][j]。当然如果拿取第i枚硬币,则总共会有1——k种方法,而需满足0<=kc[i]<=j0 <=kc[i]<=j0<=kc[i]<=j ,则状态转移方程如下:
dp[i][j]=dp[i−1][j−c[i]]+dp[i−1][j−2c[i]]+...+dp[i−1][j−kc[i]]。dp[i][j] = dp[i-1][j-c[i]] + dp[i-1][j-2c[i]] + ... + dp[i-1][j-kc[i]]。dp[i][j]=dp[i1][jc[i]]+dp[i1][j2c[i]]+...+dp[i1][jkc[i]]
   故对于总方案数来讲,将其两种方法加到一起得到:
dp[i][j]=dp[i−1][j]dp[i][j] = dp[i-1][j]dp[i][j]=dp[i1][j]+dp[i−1][j−c[i]]+dp[i−1][j−2c[i]]+...+dp[i−1][j−kc[i]dp[i-1][j-c[i]] + dp[i-1][j-2c[i]] + ... + dp[i-1][j-kc[i]dp[i1][jc[i]]+dp[i1][j2c[i]]+...+dp[i1][jkc[i] (1)
   由于该方案是三重循环,故可以将其化简为两重循环,去除k的for循环判断。化简如下:
令j-c[i] =j,则原始可化简为:
dp[i][j−c[i]]=dp[i][j-c[i]]=dp[i][jc[i]]= dp[i−1][j−c[i]]+dp[i−1][j−2c[i]]+dp[i−1][j−3c[i]]+...+dp[i−1][j−kc[i]+dp[i−1][j−(k+1)c[i]]dp[i-1][j-c[i]] + dp[i-1][j-2c[i]] + dp[i-1][j-3c[i]] + ... + dp[i-1][j-kc[i]+dp[i-1][j-(k+1)c[i]]dp[i1][jc[i]]+dp[i1][j2c[i]]+dp[i1][j3c[i]]+...+dp[i1][jkc[i]+dp[i1][j(k+1)c[i]]        (2)

   由于公式(1)和公式(2)中的红色部分是一样(调整k值),故将公式2带入到公式1中化简得到最终的状态转移方程:
dp[i][j]=dp[i−1][j]+dp[i][j−c[i]]dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-c[i]]dp[i][j]=dp[i1][j]+dp[i][jc[i]]

class Solution:
    def waysToChange(self, n: int) -> int:

        coins = [1,5,10,25]
        m = len(coins)
        
        dp = [[0]*(n+1) for i in range(m+1)]
        #初始化二维数组第一行,没有任何一种硬币,不论需要多少金额,都没有对应的方案数
        for i in range(n+1):
            dp[0][i] = 0
        #如果金额为0,对多少种硬币来说都是1种方案    
        for i in range(m+1):
            dp[i][0] = 1
        
        for i in range(1,m+1):
            for j in range(1,n+1):
                #当总金额数j<金币额度时,则不拿第i个金币,因为金币coins下标从0开始,故需要coins[i-1]
                if  j<coins[i-1]:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j]
                else:
                    dp[i][j] = dp[i-1][j]+dp[i][j-coins[i-1]]
        return dp[-1][-1] % 1000000007 
### 力扣(LeetCode)零钱兑换问题的C++解决方案 以下是基于动态规划方法解决 **LeetCode 322. Coin Change** 的 C++ 实现方案。此算法通过构建一个数组 `dp` 来存储子问题的结果,其中 `dp[i]` 表示凑成金额 `i` 所需最少硬币数。 #### 解决思路 该问题可以通过动态规划求解。定义状态转移方程为: \[ \text{dp}[i] = \min(\text{dp}[i], \text{dp}[i-\text{coin}] + 1) \quad \forall \text{coin} \leq i \] 初始条件设置为: \[\text{dp}[0] = 0\] (表示凑成金额 0 不需要任何硬币) 对于其他位置 \(i\) 初始化为无穷大 (\(INF\)) 或者超出范围的一个极大值,以便后续更新最小值。 最终返回结果时,如果 `\text{dp}[\text{amount}]` 始终未被有效更新,则说明无法凑齐目标金额,应返回 `-1`。 下面是完整的 C++ 实现: ```cpp #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; class Solution { public: int coinChange(vector<int>& coins, int amount) { // 创建 dp 数组并初始化为 INF vector<long> dp(amount + 1, INT_MAX); dp[0] = 0; // 初始条件 // 外层循环遍历每种面额的硬币 for (const auto& coin : coins) { // 内层循环从当前硬币面额到总金额逐步计算最优解 for (int x = coin; x <= amount; ++x) { dp[x] = min(dp[x], dp[x - coin] + 1); // 更新状态转移方程 } } // 如果 dp[amount] 超过最大整数值则无解 return (dp[amount] == INT_MAX ? -1 : static_cast<int>(dp[amount])); } }; ``` 上述代码实现了动态规划的核心逻辑,并利用两重嵌套循环完成对所有可能组合的评估。外层循环负责逐一处理不同类型的硬币;内层循环用于迭代更新每一个金额下的最佳选择情况。 #### 时间复杂度与空间复杂度分析 时间复杂度主要取决于两个因素——硬币种类数目以及所需总额度大小。具体来说, - 设有 $n$ 种不同的硬币; - 总共要达到的目标金额记作 $\text{amount}$, 那么整体的时间复杂度大约为 O(n × amount)[^3] 。至于额外使用的内存资源方面,由于只需要维护长度等于 $(\text{amount}+1)$ 的一维数组即可满足需求,因此其空间复杂度同样也是线性的即 O(amount). ---
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