Day31--数据结构与算法(Java) 贪心算法 :分发饼干 , 摆动序列 ,最大子序和

本文详细介绍了贪心算法和动态规划在LeetCode中解决具体问题的策略,如455.分发饼干、376.摆动序列和53.最大子序和。通过实例解析,展示了如何运用这两种算法寻找局部最优解并构建全局最优解。贪心算法强调将问题分解,找出适合的策略,而动态规划则通过状态转移方程找到最优解。

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一、455.分发饼干

贪心算法一般分为如下四步:

 优先考虑小胃口(遍历饼干数组)

优先考虑大胃口(遍历小孩数组)

二、376. 摆动序列

思路1(贪心解法)

思路2(动态规划)

三、53. 最大子序和

贪心算法


一、455.分发饼干

力扣题目链接

贪心算法一般分为如下四步:

  • 将问题分解为若干个子问题
  • 找出适合的贪心策略
  • 求解每一个子问题的最优解
  • 将局部最优解堆叠成全局最优解

假设你是一位很棒的家长,想要给你的孩子们一些小饼干。但是,每个孩子最多只能给一块饼干。

对每个孩子 i,都有一个胃口值 g[i],这是能让孩子们满足胃口的饼干的最小尺寸;并且每块饼干 j,都有一个尺寸 s[j] 。如果 s[j] >= g[i],我们可以将这个饼干 j 分配给孩子 i ,这个孩子会得到满足。你的目标是尽可能满足越多数量的孩子,并输出这个最大数值。

示例 1:

  • 输入: g = [1,2], s = [1,2,3]
  • 输出: 2
  • 解释:你有两个孩子和三块小饼干,2个孩子的胃口值分别是1,2。你拥有的饼干数量和尺寸都足以让所有孩子满足。所以你应该输出2.

这里的局部最优就是大饼干喂给胃口大的,充分利用饼干尺寸喂饱一个,全局最优就是喂饱尽可能多的小孩

可以尝试使用贪心策略,先将饼干数组和小孩数组排序。

然后从后向前遍历小孩数组,用大饼干优先满足胃口大的,并统计满足小孩数量。

如图:

455.分发饼干

 

 优先考虑小胃口(遍历饼干数组)

class Solution {
    public int findContentChildren(int[] g, int[] s) {
    //优先考虑小胃口
    Arrays.sort(g);
    Arrays.sort(s);
    int startg=0;
    int count=0;
    //遍历饼干数组
    for(int i=0;i<s.length&&startg<g.length;i++)
    {
        if(s[i]>=g[startg])
        {
            startg++;
            count++;
        }
    }
    return count;
    }

}

优先考虑大胃口(遍历小孩数组)

class Solution {
    public int findContentChildren(int[] g, int[] s) {
    //优先考虑小胃口
    Arrays.sort(g);
    Arrays.sort(s);
    int index=s.length-1;
    int count=0;
    //遍历小孩数组

    for(int i=g.length-1;i>=0&&index>=0;i--)
    {
        if(s[index]>=g[i])
        {
            index--;
            count++;
        }
    }
    return count;
    }

}

二、376. 摆动序列

力扣题目链接

如果连续数字之间的差严格地在正数和负数之间交替,则数字序列称为摆动序列。第一个差(如果存在的话)可能是正数或负数。少于两个元素的序列也是摆动序列。

例如, [1,7,4,9,2,5] 是一个摆动序列,因为差值 (6,-3,5,-7,3) 是正负交替出现的。

示例 1:

  • 输入: [1,7,4,9,2,5]
  • 输出: 6
  • 解释: 整个序列均为摆动序列。

示例 2:

  • 输入: [1,17,5,10,13,15,10,5,16,8]
  • 输出: 7
  • 解释: 这个序列包含几个长度为 7 摆动序列,其中一个可为[1,17,10,13,10,16,8]。

思路1(贪心解法)

用示例二来举例,如图所示:

376.摆动序列

局部最优:删除单调坡度上的节点(不包括单调坡度两端的节点),那么这个坡度就可以有两个局部峰值

整体最优:整个序列有最多的局部峰值,从而达到最长摆动序列

局部最优推出全局最优,并举不出反例,那么试试贪心!

(为方便表述,以下说的峰值都是指局部峰值)

实际操作上,其实连删除的操作都不用做,因为题目要求的是最长摆动子序列的长度,所以只需要统计数组的峰值数量就可以了(相当于是删除单一坡度上的节点,然后统计长度)

这就是贪心所贪的地方,让峰值尽可能的保持峰值,然后删除单一坡度上的节点

 

class Solution {
    public int wiggleMaxLength(int[] nums) {
        if (nums.length <= 1) {
            return nums.length;
        }
        //当前差值
        int curDiff = 0;
        //上一个差值
        int preDiff = 0;
        int count = 1;
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            //得到当前差值
            curDiff = nums[i] - nums[i - 1];
            //如果当前差值和上一个差值为一正一负
            //等于0的情况表示初始时的preDiff
            if ((curDiff > 0 && preDiff <= 0) || (curDiff < 0 && preDiff >= 0)) {
                count++;
                preDiff = curDiff;
            }
        }
        return count;
    }
}

思路2(动态规划)

考虑用动态规划的思想来解决这个问题。

很容易可以发现,对于我们当前考虑的这个数,要么是作为山峰(即nums[i] > nums[i-1]),要么是作为山谷(即nums[i] < nums[i - 1])。

  • 设dp状态dp[i][0],表示考虑前i个数,第i个数作为山峰的摆动子序列的最长长度
  • 设dp状态dp[i][1],表示考虑前i个数,第i个数作为山谷的摆动子序列的最长长度

则转移方程为:

  • dp[i][0] = max(dp[i][0], dp[j][1] + 1),其中0 < j < inums[j] < nums[i],表示将nums[i]接到前面某个山谷后面,作为山峰。
  • dp[i][1] = max(dp[i][1], dp[j][0] + 1),其中0 < j < inums[j] > nums[i],表示将nums[i]接到前面某个山峰后面,作为山谷。

初始状态:

由于一个数可以接到前面的某个数后面,也可以以自身为子序列的起点,所以初始状态为:dp[0][0] = dp[0][1] = 1

// DP
class Solution {
    public int wiggleMaxLength(int[] nums) {
        // 0 i 作为波峰的最大长度
        // 1 i 作为波谷的最大长度
        int dp[][] = new int[nums.length][2];

        dp[0][0] = dp[0][1] = 1;
        for (int i = 1; i < nums.length; i++){
            //i 自己可以成为波峰或者波谷
            dp[i][0] = dp[i][1] = 1;

            for (int j = 0; j < i; j++){
                if (nums[j] > nums[i]){
                    // i 是波谷
                    dp[i][1] = Math.max(dp[i][1], dp[j][0] + 1);
                }
                if (nums[j] < nums[i]){
                    // i 是波峰
                    dp[i][0] = Math.max(dp[i][0], dp[j][1] + 1);
                }
            }
        }

        return Math.max(dp[nums.length - 1][0], dp[nums.length - 1][1]);
    }
}

三、53. 最大子序和

力扣题目链接

给定一个整数数组 nums ,找到一个具有最大和的连续子数组(子数组最少包含一个元素),返回其最大和。

示例: 输入: [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4] 输出: 6 解释: 连续子数组 [4,-1,2,1] 的和最大,为 6。

贪心算法

如果 -2 1 在一起,计算起点的时候,一定是从1开始计算,因为负数只会拉低总和,这就是贪心贪的地方!

局部最优:当前“连续和”为负数的时候立刻放弃,从下一个元素重新计算“连续和”,因为负数加上下一个元素 “连续和”只会越来越小。

全局最优:选取最大“连续和”

局部最优的情况下,并记录最大的“连续和”,可以推出全局最优

从代码角度上来讲:遍历nums,从头开始用count累积,如果count一旦加上nums[i]变为负数,那么就应该从nums[i+1]开始从0累积count了,因为已经变为负数的count,只会拖累总和。

 

class Solution {
    public int maxSubArray(int[] nums) {
    if(nums.length==1)
     return nums[0];

     int sum = Integer.MIN_VALUE;
        int count = 0;
    for(int i=0;i<nums.length;i++)
    {
        count+=nums[i];
        sum=Math.max(sum,count);
        if(count<=0)
        count=0;
    }
    return sum;
    }
}

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