416. Partition Equal Subset Sum

数组分割问题的算法解析
本文探讨了如何判断一个仅包含正整数的数组能否分割为两个子集,使两个子集元素之和相等的问题。通过深度优先搜索解决该问题易导致超时,故采用动态规划方法进行优化。此外,还介绍了一种使用bitset进一步提高效率的方法。

Given a non-empty array containing only positive integers, find if the array can be partitioned into two subsets such that the sum of elements in both subsets is equal.

Note:

  1. Each of the array element will not exceed 100.
  2. The array size will not exceed 200.

Example 1:

Input: [1, 5, 11, 5]

Output: true

Explanation: The array can be partitioned as [1, 5, 5] and [11].

Example 2:

Input: [1, 2, 3, 5]

Output: false

Explanation: The array cannot be partitioned into equal sum subsets.

问题:

给一个数组,然后判断是否能够分成两段总和一样的两部分。

问题分析:

DFS深度优先遍历,就是加出所有的可能。

class Solution {
public:
    bool result;
    bool canPartition(vector<int>& nums) {
        int len = nums.size();
        int sum=0;
        sort(nums.begin(), nums.end());
        for(int i=0; i<len; i++){
            sum += nums[i];
        }
        vector< bool > flag(len, 0);
         helper(nums, sum, 0, flag);
        return result;
    }
    void helper(vector<int>& nums, int sum, int n, vector< bool > &flag){
        for(int i=0; i < nums.size() ; i++){
            
            if(flag[i] == 1){
                continue;
            }
            flag[i]=1;
            n = n + nums[i];
            if(n == sum -n){
                result=1;
            }
            else if(n < sum -n){
                helper(nums, sum, n, dp);
            }
            n = n - nums[i];
            flag[i] = 0;
        }
    }
};

但是这样会超时,因为所有组合太多了,超时是肯定的。

使用动态规划,寻找子问题。

我们想加到一半,设为target,那么,target是最终目的,target如何分呢?

我们寻找另一个target2使得target = target2 + nums[i];这样就将求target转成求target2上,而且问题在缩小,同样target2也可以继续变成一个新的子问题。这样就可以使用动态规划的思想了。

这样我们需要一个数组bool dp[target+1],最基础的值就是nums中的值,是构成target的基础,所以dp[nums[i]]都为1;为了防止重复使用nums[i]对应的dp要依次赋值。

首先使dp[nums[0]]=1;代表nums[0]我们可以取到。再取所有dp[i-nums[0]]的值(nums[0]=<i<=target),而现在所有大于nums[i]的dp值都还是0(未取到);

使dp[nums[1]]=1;再取所有dp[i-nums[1]]的值,这次取值中我们能发现dp[nums[0] + nums[1]]的值是能取到的。

dp[nums[2]]=1;再取所有dp[i-nums[2]]的值,基于前面三个数又多了dp[nums[0] + nums[2]]、dp[nums[1] + nums[2]]、dp[nums[0] + nums[1]+ nums[2]](不超出target的话)

取完所有的值,若target的值能取到(被赋值1)那么就说明能分成相等的两部分。

class Solution {
public:
    bool canPartition(vector<int>& nums) {
        int len = nums.size();
        int sum=0;
        for(int i=0; i<len; i++){
            sum += nums[i];
        }
        if(sum & 1){
            return false;
        }
        int target = sum >> 1;
        vector< int > dp(target+1, 0);;
        dp[0]=1;
        for(auto num : nums){
            for(int i = target; i>=num; i--){
                dp[i] = dp[i] || dp[i-num];
            }
        }
        return dp[target];
    }  
};

由原来的由大分小的分析,变成由小成大的算法。

动态规划的思维转化,考虑问题的角度从各种组合是否相等的判断a+b+c == c+d+f,到是否存在target值满足target = x + nums[i];x = x + nums[j],再以这种相加且做记录的方式从小至大的方向逼近问题。

然而还有更好的方法。下面我直接用了别人的算法。太厉害了!!!膜拜

其实原理和上个dp一样,bits第一位为1,bits |=bits << n,这样第n位就被标识了1,下次循环来个n1,那么|=就将n,n1,n+n1位的标志位都置为1了,最后相当于加到target,这样运行更加快速,使用内存更小。

class Solution {
public:
    bool canPartition(vector<int>& nums) {
        bitset<10001> bits(1);
        int sum = 0;
        for (auto n : nums) {
            sum += n;
            bits |= bits << n;
        }
        return !(sum % 2) && bits[sum / 2];
    }
};





                
背包问题是动态规划中一个经典问题,它可以用来训练编程者对动态规划的理解和应用能力。在LeetCode中,01背包问题是一个典型的动态规划题目,题号通常为416. Partition Equal Subset Sum或者494. Target Sum,需要利用动态规划来判断是否存在子集的和等于一个给定的目标值。 参考资源链接:[LeetCode刷题攻略:C++解题技巧与101道精华题解析](https://wenku.csdn.net/doc/64qug1p6pv?spm=1055.2569.3001.10343) 在C++中解决背包问题通常涉及到使用一个二维数组dp[i][j],表示从数组的前i个物品中选取,能否填满容量为j的背包。初始化dp数组时,dp[0][...]应该设为false,因为没有物品时无法填满任何容量的背包;而dp[...][0]则设为true,因为容量为0的背包不选任何物品即可被填满。 以01背包为例,算法步骤如下: 1. 定义dp数组,dp[n+1][target+1],其中n为物品数量,target为背包最大承重。 2. 初始化dp数组:dp[0][...]为false,dp[...][0]为true。 3. 遍历物品i,从1到n。 4. 遍历容量j,从1到target。 5. 如果当前物品i的重量大于容量j,dp[i][j] = dp[i-1][j](不取当前物品)。 6. 否则,dp[i][j] = dp[i-1][j] || dp[i-1][j-weights[i-1]](取或不取当前物品)。 7. 最终dp[n][target]的值即为是否可以填满背包的答案。 C++代码示例: ```cpp bool canPartition(vector<int>& nums) { int sum = 0; for (int num : nums) sum += num; if (sum % 2 != 0) return false; int target = sum / 2; vector<vector<bool>> dp(nums.size() + 1, vector<bool>(target + 1, false)); for (int i = 0; i <= nums.size(); ++i) dp[i][0] = true; for (int i = 1; i <= nums.size(); ++i) { for (int j = 1; j <= target; ++j) { if (j < nums[i - 1]) { dp[i][j] = dp[i - 1][j]; } else { dp[i][j] = dp[i - 1][j] || dp[i - 1][j - nums[i - 1]]; } } } return dp[nums.size()][target]; } ``` 通过上述步骤和代码示例,可以深入理解动态规划解决背包问题的基本思想。对于想要更深入学习动态规划的读者,推荐阅读《LeetCode刷题攻略:C++解题技巧与101道精华题解析》一书,其中提供了关于背包问题及其它多种算法题目的详细解析和实用技巧,对于掌握C++在算法题目中的应用非常有帮助。 参考资源链接:[LeetCode刷题攻略:C++解题技巧与101道精华题解析](https://wenku.csdn.net/doc/64qug1p6pv?spm=1055.2569.3001.10343)
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