走台阶问题算法

本文通过递归算法解决了不同台阶数时的走法问题,详细列举了1至6步台阶的所有可能走法,并给出相应的C++实现代码。

/*
分析:

1 步台阶只有1种走法(1)

2步台阶2种(11、2)

3步台阶有3种(111、12、21)

4 步台阶有5种(1111、112、121、211、22)

5 步台阶有8种(11111、1112、1121、1211、122、2111、212、221)

6步台阶有13种(111111、11112、11121、11211、1122、12111,1212、1221、2111、2112、2121、2211、222)

*/


int fun(int n)
{
 
 if(n==1) return 1;
 if(n==2) return 2;
 //if(n==3) return 4;
  
 

 return /* fun(n-3)*/ fun(n-2)+fun(n-1);
 
}

#include"iostream"
using namespace std;

void main(void)
{
int n;
cout<<"Enter the num of steps:";
cin>>n;
cout<<fun(n)<<" ";

}

k步台阶问题是一个经典的动态规划问题,通常的变种是:给定一个楼梯有`n`阶,每次可以`1`到`k`步,求到达第`n`阶楼梯的总方法数。这个问题可以通过递归、记忆化递归或动态规划来解决。 ### 动态规划解法 动态规划的核心思想是定义一个状态数组`dp[i]`,表示到达第`i`阶楼梯的方法数。状态转移方程为: $$ dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2] + \cdots + dp[i-k] $$ 其中,`dp[0] = 1`作为初始条件(表示站在地面,还没有任何台阶的情况)。 #### C++实现代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int countWays(int n, int k) { vector<int> dp(n + 1, 0); dp[0] = 1; // 初始条件 for (int i = 1; i <= n; ++i) { for (int j = 1; j <= k && j <= i; ++j) { dp[i] += dp[i - j]; } } return dp[n]; } int main() { int n = 10; // 台阶总数 int k = 3; // 每次可以1到k步 cout << "总方法数: " << countWays(n, k) << endl; return 0; } ``` ### 递归解法 递归方法是直接根据问题定义来实现,但这种方法在`n`较大时效率较低,因为它会重复计算很多子问题。递归的终止条件是: - 如果 `n == 0`,返回 `1`(表示一种法)。 - 如果 `n < 0`,返回 `0`(表示无效法)。 #### C++实现代码如下: ```cpp #include <iostream> using namespace std; int countWaysRecursive(int n, int k) { if (n < 0) return 0; if (n == 0) return 1; int ways = 0; for (int i = 1; i <= k; ++i) { ways += countWaysRecursive(n - i, k); } return ways; } int main() { int n = 10; // 台阶总数 int k = 3; // 每次可以1到k步 cout << "总方法数: " << countWaysRecursive(n, k) << endl; return 0; } ``` ### 优化方法:记忆化递归 为了避免重复计算,可以使用记忆化技术,将已经计算过的子问题结果存储起来,避免重复计算。 #### C++实现代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int countWaysMemo(int n, int k, vector<int>& memo) { if (n < 0) return 0; if (n == 0) return 1; if (memo[n] != -1) return memo[n]; int ways = 0; for (int i = 1; i <= k && i <= n; ++i) { ways += countWaysMemo(n - i, k, memo); } memo[n] = ways; return ways; } int countWays(int n, int k) { vector<int> memo(n + 1, -1); return countWaysMemo(n, k, memo); } int main() { int n = 10; // 台阶总数 int k = 3; // 每次可以1到k步 cout << "总方法数: " << countWays(n, k) << endl; return 0; } ``` ### 时间复杂度分析 - **动态规划解法**:时间复杂度为 $ O(n \cdot k) $,空间复杂度为 $ O(n) $。 - **递归解法**:时间复杂度为 $ O(k^n) $,空间复杂度为 $ O(n) $。 - **记忆化递归解法**:时间复杂度为 $ O(n \cdot k) $,空间复杂度为 $ O(n) $。 ### 优化思路 为了进一步优化空间复杂度,可以使用滑动窗口技巧,只保留最近的`k`个状态,而不是整个数组。这种方法将空间复杂度降低到 $ O(k) $。 #### C++实现代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int countWaysOptimized(int n, int k) { vector<int> dp(n + 1, 0); dp[0] = 1; for (int i = 1; i <= n; ++i) { for (int j = 1; j <= k && j <= i; ++j) { dp[i] += dp[i - j]; } } return dp[n]; } int main() { int n = 10; // 台阶总数 int k = 3; // 每次可以1到k步 cout << "总方法数: " << countWaysOptimized(n, k) << endl; return 0; } ``` ---
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