Leetcode.0526 | 优美的排列

这篇博客介绍了如何计算1到n的整数中,优美排列的数量。优美排列是指数组中每个元素要么能被其下标整除,要么下标能被元素整除。通过动态规划的方法,利用二进制表示选取情况,计算不同状态下优美排列的总数,最终得到所有可能的优美排列数。文章给出了具体的代码实现,展示了如何通过状态转移方程进行计算。

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题目

假设有从 1 到 n 的 n 个整数。用这些整数构造一个数组 perm(下标从 1 开始),只要满足下述条件之一 ,该数组就是一个 优美的排列 :

1、perm[i] 能够被 i 整除
2、i 能够被 perm[i] 整除
给你一个整数 n ,返回可以构造的“优美的排列”的 数量 。

示例

输入:n = 2
输出:2
解释:
第 1 个优美的排列是 [1,2]:
    - perm[1] = 1 能被 i = 1 整除
    - perm[2] = 2 能被 i = 2 整除
第 2 个优美的排列是 [2,1]:
    - perm[1] = 2 能被 i = 1 整除
    - i = 2 能被 perm[2] = 1 整除

输入:n = 1
输出:1

解决方法

从1到n中,任意选取数字构成序列,求这些序列中优美排列的数量。首先,我们使用一个二进制数来表达这些数字中,哪个数字被选取而哪个数字没有被选取。

定义一个长度为n的、由0和1组成的二进制数i,表示从1到n这几个数字的“选取情况”。1表示被使用过,而0表示还没有被使用。例如,101表示第一个和第三个数字被选取,这两个数字1和3按照任意顺序被放在序列的前两位。

定义一个数组dp,其中dp[i]的含义为:“选取情况”为i时,“优美排列”的数量。例如,当i为2时,dp[2]的含义为:“使用情况”为10,第二个数字被采用而第一个数字未被采用,2被放在序列中,优美排列的数量为1.

一共有n个数,那么,当枚举完所有可能的情况时,最终的状态为这n位数全是1。于是,最终状态下的排列总数是dp[2^{n}-1],即最终的答案。

接下来,我们来寻找状态转移方程。先求出二进制数i中,1的个数num,表示状态i下的序列中,一共放了多少个数字。例如,当i为110时,序列中放了2和3共两个数字,num为2。

当我们想要计算f[i]时,只需要考虑在序列中前num-1位都已经放置了数的情况下,第num位所放的数字。

假设我们选取状态二进制数中的第j位,此时相当于新加一个1到n之间的数字j,把这个数字放到序列当中。然后看这个数字放在序列的哪个位置上,能够形成“优美排列”。枚举符合“优美排列”的数,对第一位到第num位的每一种位置下,能够形成优美排列的数量f[i-2^{j-1}]进行相加,最终得出f[i]。

代码实现

class Solution {
public:
    int countArrangement(int n) {
        vector<int> dp(1<<n);
        dp[0] = 1;
        for(int i = 1;i < (1<<n);i ++){
//i中1的数量,即序列中有多少个数
            int num = __builtin_popcount(i);
            for(int j = 1;j <= n;j ++){
                //num表示在序列中的位数,j表示数字
                if((i&(1 << (j-1))) && ((j%num==0)||(num%j==0))){
                //if中的第一项表示在状态i中,数字j被选中
                    dp[i] = dp[i] + dp[i - (1 << (j-1))];
                //dp[i ^ (1 << (j-1))]表示还没有选中j时的情况
                }
            }
        }
        return dp[(1<<n)-1]; //表示2的n次方减一
    }
};

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