编程练习:剪绳子

探讨了如何通过动态规划解决剑指Offer中的一道经典编程题:剪绳子问题,旨在找到将绳子剪成若干段后各段长度乘积的最大值。

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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>1mn),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-1n1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,...,n1,第二段的长度为n−in-ini,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(n1)),i=1,2,3,...,n1
问题就转换为求解子问题L(n−1)L(n-1)L(n1)。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
21*11
31*22
41×3,2×24
51×4,2×36

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≥4target4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
    }
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