爬楼梯

本文探讨了两种爬楼梯问题的解决方法,一种允许每次爬1阶或2阶,另一种允许每次爬1阶、2阶或3阶。通过递归和递推两种算法实现了问题求解,并提供了完整的C++代码实现。

题目一描述

楼梯有n(0<n<30)阶台阶,上楼时可以一步上1阶,也可以一步上2阶,编程计算共有多少种不同的走法。

输入输出格式

输入格式:

 

输入包括一组测试数据(数量不超过100),即为台阶数n。最后一个为0,表示输入结束。

 

输出格式:

 

输出对应的结果,即为走法的数目,以空格间隔。

 

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1 2 3 4 0

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1 2 3 5

解题思路

此题为递归类问题,即为了到达n阶台阶,存在先到n-1阶以及n-2阶台阶两种方案,故到n阶台阶的走法为到n-1阶和n-2阶走法之和。如果递归直到n=1和n=2,此两种情况下:

台阶1:step=1(1)

台阶2:step=2(11,2)

由于题目给定的台阶数较小,可直接使用递归调用来实现,效率较低,但比较好理解。

代码

#include<bits/stdc++.h> 
using namespace std;
int jump(int n)
{
    if (n<1)
    {
        return 0;
    }
    else if (n==1) 
    {
        return 1;
    }
    else if (n==2)
    {
        return 2;
    }
    else
    {
        return jump(n-1)+jump(n-2);
    }
}
int main()
{

    int s[101]={0};
    int i=0;
    do
    {
        i++;
        cin>>s[i];        
    }
    while(s[i]!=0);
    for(int j=1;j<i;j++)
    {
        int temp=s[j];
        int count = jump(temp);
        cout << count << " ";
    }    
}

题目二描述

楼梯有n(0<n<30)阶台阶,上楼时可以一步上1阶,也可以一步上2阶,也可以一步上3阶,编程计算共有多少种不同的走法。

输入输出格式

输入格式:

 

输入包括一组测试数据(数量不超过100),即为台阶数n。最后一个为0,表示输入结束。

 

输出格式:

 

输出对应的结果,即为走法的数目,以空格间隔。

 

输入输出样例

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1 2 3 4 0

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1 2 4 7

解题思路

基本同上一题,差别在于为了到n阶台阶,存在从n-1阶、n-2阶、n-3阶三种可能,对于前阶,存在如下走法:

1台阶: 1  (1)

2台阶: 2  (11、 2)

对于3台阶: 4  (111、21:即先到2台阶,然后从2台阶一次1台阶到达3台阶

                     12:先到1台阶,然后从1台阶一次性跨2台阶到达3台阶

                      3:从0台阶一次性跨3台阶到达3台阶)

对于台阶4: 7  (1111、   211、 121、  31 :即先到3台阶,然后从3台阶一次1台阶到达4台阶

                            112、    22   :先到2台阶,然后从2台阶一次性跨2台阶到达4台阶

                            13:先到1台阶,然后从1台阶一次性跨3台阶到达4台阶)

   7=4+2+1

   4=2+1+1

代码1:递归

#include<bits/stdc++.h> 
using namespace std;
int jump(int n)
{
    if (n<1)
    { 
        return 0;
    }
    else if (n==1) 
    {
        return 1;
    }
    else if(n == 2)
    {
        return 2;
    }
    else if (n == 3)
    {
        return 4;
    }
    else
    {
        return jump(n-1)+jump(n-2)+jump(n-3);
    }
}
int main()
{

    int s[101]={0};
    int i=0;
    do
    {
        i++;
        cin>>s[i];        
    } while(s[i]!=0);


    for(int j=1;j<i;j++)
    {
        int temp=s[j];
        int count = jump(temp);
        cout << count << " ";
    }    
}

代码2:递推

#include<bits/stdc++.h> 
using namespace std;

int jump(int n)
{
    int ss=0,s1=0,s2=0,s3=1;
    
    for(int i=1;i<=n;++i)
    {
        ss=s3+s2+s1;
        s1=s2;
        s2=s3;
        s3=ss;    
    }
    return ss;
}
int main()
{
    int s[101]={0};
    int i=0;
    do
    {
        i++;
        cin>>s[i];        
    }
    while(s[i]!=0);
    for(int j=1;j<i;j++)
    {
        int temp=s[j];
        int count = jump(temp);
        cout << count << " ";
    }    
}

爬楼梯问题是一个经典的算法问题,涉及多种算法思想和优化技巧。以下是几种使用 C++ 解决爬楼梯问题的方法: ### 暴力搜索 暴力搜索是最直接的方法,通过递归的方式列举出所有可能的爬楼梯方式。但这种方法的时间复杂度较高,会有大量的重复计算。 ```cpp #include <iostream> int climbStairsWithRecursive(int n) { if (n == 1) return 1; if (n == 2) return 2; return climbStairsWithRecursive(n - 1) + climbStairsWithRecursive(n - 2); } int main() { std::cout << "请输入楼梯阶数:" << std::endl; int n; std::cin >> n; int m = climbStairsWithRecursive(n); std::cout << m << std::endl; return 0; } ``` ### 记忆化搜索 记忆化搜索是在暴力搜索的基础上,使用一个数组来记录已经计算过的结果,避免重复计算,从而提高效率。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> int climbStairsWithRecursive2(int n, std::vector<int>& memo) { if (n == 1) return 1; if (n == 2) return 2; if (memo[n] != 0) return memo[n]; memo[n] = climbStairsWithRecursive2(n - 1, memo) + climbStairsWithRecursive2(n - 2, memo); return memo[n]; } int main() { std::cout << "请输入楼梯阶数:" << std::endl; int n; std::cin >> n; std::vector<int> memo(n + 1, 0); int b = climbStairsWithRecursive2(n, memo); std::cout << b << std::endl; return 0; } ``` ### 动态规划 动态规划是解决爬楼梯问题的常用方法,通过定义状态和状态转移方程来求解。把爬 `n` 阶楼梯的方法看做爬 `n - 1` 阶楼梯和迈出的一步的方法或者 `n - 2` 阶楼梯和迈出两步的方法之和 [^3]。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> int climbStairsWithRecursive3(int n) { if (n == 1) return 1; if (n == 2) return 2; std::vector<int> dp(n + 1); dp[1] = 1; dp[2] = 2; for (int i = 3; i <= n; i++) { dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2]; } return dp[n]; } int main() { std::cout << "请输入楼梯阶数:" << std::endl; int n; std::cin >> n; int c = climbStairsWithRecursive3(n); std::cout << c << std::endl; return 0; } ``` ### 动态规划空间优化 可以对动态规划的空间复杂度进行优化,由于状态转移只依赖于前两个状态,因此可以只使用两个变量来保存中间结果。 ```cpp #include <iostream> int climbStairsOptimized(int n) { if (n == 1) return 1; if (n == 2) return 2; int first = 1; int second = 2; int third; for (int i = 3; i <= n; i++) { third = first + second; first = second; second = third; } return second; } int main() { std::cout << "请输入楼梯阶数:" << std::endl; int n; std::cin >> n; int result = climbStairsOptimized(n); std::cout << result << std::endl; return 0; } ``` ### 三步问题(爬楼梯拓展) 如果每次可以爬 1、2 或 3 步楼梯,这就是一个三步问题,与普通爬楼梯问题类似,只是状态转移方程有所不同。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> const int MOD = 1e9 + 7; int waysToStep(int n) { std::vector<int> dp(n + 1); if (n == 1 || n == 2) return n; if (n == 3) return 4; dp[1] = 1; dp[2] = 2; dp[3] = 4; for (int i = 4; i <= n; ++i) { dp[i] = ((dp[i - 1] + dp[i - 2]) % MOD + dp[i - 3]) % MOD; } return dp[n]; } int main() { std::cout << "请输入楼梯阶数:" << std::endl; int n; std::cin >> n; int result = waysToStep(n); std::cout << result << std::endl; return 0; } ``` ### 最小花费爬楼梯问题(爬楼梯升级版) 如果爬楼梯需要花费一定的体力,要求计算最小花费,这就是爬楼梯的升级版问题。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> class Solution { public: int minCostClimbingStairs(std::vector<int>& cost) { int length = cost.size(); std::vector<int> sum(length); sum[0] = cost[0]; sum[1] = cost[1]; for (int i = 2; i < length; i++) { sum[i] = std::min(sum[i - 1], sum[i - 2]) + cost[i]; } return std::min(sum[length - 1], sum[length - 2]); } }; int main() { std::vector<int> cost = {1, 100, 1, 1, 1, 100, 1, 1, 100, 1}; Solution sol; int result = sol.minCostClimbingStairs(cost); std::cout << "最小花费: " << result << std::endl; return 0; } ```
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