OJ演练--整数划分(经典DP问题)

本文详细介绍了整数划分问题的两种常见类型及其解决方案,包括将整数n划分成若干正整数之和的方法,以及将整数n划分成k个正整数之和的方法,并给出了具体的动态规划算法实现。

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对整数划分,关键点:
1、找出动态规划的状态转移方程
2、确定各种情况下的初始条件

类型一:将n划分成若干正整数之和

Description
将正整数n表示成一系列正整数之和:n=n1+n2+…+nk,其中n1>=n2>=…>=nk>=1。正整数n的这种表示称为正整数n的划分。求正整数n的不同划分个数。例如,正整数6有如下11种不同的划分:6: 6; 5+1; 4+2; 4+1+1; 3+3; 3+2+1; 3+1+1+1; 2+2+2; 2+2+1+1; 2+1+1+1+1; 1+1+1+1+1+1.

Input
多组测试数据,输入到文件结束,每组数据包含一个正整数n(n<=40)

Output
输出n的不同划分个数。
Sample Input
3
6

Sample Output
3
11

【题目分析】
用dp[i][j]表示将i拆分成若干个数字,最大的那个数字不超过j的方案数。那么包括两种情况:第一种是最大的数不超过j-1,此时方案数是dp[i][j-1];否则数字刚好是j,因为划分中存在最大值j,所以可以在(i-j)中继续以最大值为j来划分,此时方案数是dp[i-j][j],(若题目要求不重复则为dp[i-j][j-1])所以可得状态方程:

dp[i][j]=dp[i][j-1]+dp[i-j][j],  i>=j
dp[i][j]=dp[i][i],               i<j

当 i == 1 || j == 1 时,dp[i][j]= 1, 因为i为1,那么只能划分为1; 而j为1,那么只能划分成i个1.
当 i == j 时,dp[i][j]=dp[i][j-1]+dp[0][j],可知dp[0][j] = 1,即划分数字正好等于自己

最后的dp[n][n]就是答案。

#include <stdio.h>

int dp[1005][1005];

void Integer_Partition(int n){

    for(int i=1;i<=n;i++){
        dp[i][1]=dp[1][i]=dp[0][i]=1;
    }

    for(int i=2;i<=n;i++){
        for(int j=2;j<=n;j++){
            if(i<j){
                dp[i][j]=dp[i][i];
            }else{
                dp[i][j]=dp[i][j-1]+dp[i-j][j];
            }
        }
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int n;
    printf("input:");
    scanf("%d",&n);
    Integer_Partition(n);
    printf("output:%d\n",dp[n][n]);

    return 0;
}

dp[n][k],则是数n的划分中,其最大值不能大于k的划分个数。

类型二:将n划分成k个正整数之和

题目描述 Description
将整数n分成k份,且每份不能为空,任意两种划分方案不能相同(不考虑顺序)。
例如:n=7,k=3,下面三种划分方案被认为是相同的。
1 1 5
1 5 1
5 1 1
问有多少种不同的分法。

输入描述 Input Description
输入:n,k (6<n<=200,2<=k<=6)

输出描述 Output Description
输出:一个整数,即不同的分法。

样例输入 Sample Input
7 3

样例输出 Sample Output
4

数据范围及提示 Data Size & Hint
{四种分法为:1,1,5;1,2,4;1,3,3;2,2,3;}

【题目分析】
用dp[i][j]代表i分成j个部分有几种分法.
当 i < j 时,显然是不可能的,那么dp[i][j] == 0;
当 j == 1 时,dp[i][j] == 1;
当i >= j 时,d[i][j]=d[i-j][j]+d[i-1][j-1],前半部分对应这j个数中不存在1的情况,那么我们就可以将划分中每个数都减去1,剩下的输仍然是大于0的,等价于将i减去了j,而后半部分这是对应这j个数中存在1的情况
且当 i == j 时,dp[i][j]=dp[i-1][j-1]+dp[0][j]=1,可知dp[0][j] =0

最终程序可以如下:

#include <stdio.h>

int dp[1005][1005];

void Integer_Partition(int n, int m){

    for(int i=1;i<=n;i++){
        dp[i][1]=1;
    }

    for(int i=2;i<=n;i++){
        for(int j=2;j<=m;j++){
            if(i<j){
                dp[i][j]=0; //也可以改条件j<=i,舍弃该判断,默认已置0
            }else{
                dp[i][j]=dp[i-j][j]+dp[i-1][j-1];
            }
        }
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int n,m;
    printf("input two numbers:");
    scanf("%d %d",&n,&m);
    Integer_Partition(n,m);
    printf("output:%d\n",dp[n][m]);

    return 0;
}

如果要求是可以小于j个部分,那么就可以将结果从1一直加到j。

小结:

1.划分个数不固定,可用模型1(有最大值j无最大值j):

  • 将n划分成若干正整数之和的划分数。
  • 将n划分成最大数不超过k的划分数。
  • 将n划分成若干不同整数之和的划分数。(变形:dp[i][j]=dp[i][j-1]+dp[i-j][j-1])
  • 将n划分成若干个 奇正整数之和的划分数:
for(int i = 0; i <= n; i++){
        a[i][1] = 1; //  最大值为1,只能全为1
        if(i & 1) a[0][i] = 1; // 此式对应a[n][n], n为奇数的情况
    }
for(int i = 1; i <= n; i++) {
     for(int j = 1; j <= n; j++) {
         if(j & 1) {
             if(i >= j) a[i][j] = a[i-j][j] + a[i][j-1];
             else a[i][j] = a[i][i];
         } else { // j为偶数时
             a[i][j] = a[i][j-1];
         }
     }
 }

2.划分个数固定,用模型2(有1没1):

  • 将n划分成k个正整数之和的划分数。
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