编程练习:剪绳子
来源于牛客网的剑指Offer编程题目
题目描述
给你一根长度为nnn的绳子,请把绳子剪成整数长的mmm段(m,nm,nm,n都是整数,n>1n>1n>1并且m>1,m≤nm>1,m≤nm>1,m≤n),每段绳子的长度记为k[1],...,k[m]k[1],...,k[m]k[1],...,k[m]。请问k[1]×...×k[m]k[1]×...×k[m]k[1]×...×k[m]可能的最大乘积是多少?例如,当绳子的长度是8时,我们把它剪成长度分别为2、3、3的三段,此时得到的最大乘积是18。
题目分析
使用动态规划的思想分析问题:
在剪第一刀时有n−1n-1n−1种选择,第一段的长度可以为i=1,2,3,...,n−1i=1,2,3,...,n-1i=1,2,3,...,n−1,第二段的长度为n−in-in−i,则两段绳子长度的最大乘积为:
L(n)=max(i×L(n−1)),i=1,2,3,...,n−1L(n)=max(i×L(n-1)),i=1,2,3,...,n-1L(n)=max(i×L(n−1)),i=1,2,3,...,n−1
问题就转换为求解子问题L(n−1)L(n-1)L(n−1)。这是一个从上至下的递归问题,为了避免递归问题,采取从下至上的求解策略。先得到L(2),L(3)L(2),L(3)L(2),L(3),再获取L(4),L(5),...L(4),L(5),...L(4),L(5),...。
绳子的长度n>1n>1n>1,段数m>1m>1m>1,因此至少剪成2段
长度 | 分割策略 | 最大乘积 |
---|---|---|
2 | 1*1 | 1 |
3 | 1*2 | 2 |
4 | 1×3,2×2 | 4 |
5 | 1×4,2×3 | 6 |
… | … | … |
通过表格分析可以看出在target<3target<3target<3时,最大乘积都小于自身不分割的长度,在target≥4target≥4target≥4时通过分割为长度为1,2,3的不同长度得到的最大乘积大于等于绳子本来的长度。因此,target<3target<3target<3时作为子问题时不再分割而是以自身长度作为子问题的最优值。
代码实现
首先建立一个数组productionproductionproduction存储不同长度的绳子分割得到的最大乘积值,即每个子问题的最优解,然后通过递推公式计算每个子问题的最优解从而得到全局最优解。
public int cutRope(int target) {
if(target<2){//长度小于2时无法分割
return 0;
}else if(target==2){//长度等于2时只能分割为1×1
return 1;
}else if(target==3){//长度为3时只能分割为1×2
return 2;
}
int[] production=new int[target+1];//存储每个长度的绳子分割之后的最大乘积值
production[0]=0;//绳子长度为0的子问题最优解
production[1]=1;//绳子长度为1的子问题最优解,长度为1不能分割,作为子问题时最优解为1
production[2]=2;//绳子长度为2的子问题最优解,长度为2作为子问题时分割之后的最大乘积不如绳子自身长度,因此不分割
production[3]=3;//绳子长度为3的子问题最优解,长度为3作为子问题时分割之后的最大乘积不如绳子自身长度大,因此不分割
int max=0;//存储最大乘积
for(int i=4;i<=target;i++){
max=0;
for(int j=1;j<=i/2;j++){
int tmp=production[j] * production[i-j];//计算当前分割策略最大乘积值
if(max<tmp){
max=tmp;//如果当前分割策略的最大乘积值优于之前的分割策略,则最新分割策略为当前分割策略,最大乘积值更新
}
production[i]=max;//绳子长度为i的问题最优解更新
}
}
return production[target];//返回输入的绳子长度分割之后的最大乘积
}