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力扣279. 完全平方数

问题解析

解析代码

优化代码(相同子问题分析和滚动数组)


力扣279. 完全平方数

279. 完全平方数

难度 中等

给你一个整数 n ,返回 和为 n 的完全平方数的最少数量 。

完全平方数 是一个整数,其值等于另一个整数的平方;换句话说,其值等于一个整数自乘的积。例如,149 和 16 都是完全平方数,而 3 和 11 不是。

示例 1:

输入:n = 12输出:3 
解释:12 = 4 + 4 + 4

示例 2:

输入:n = 13输出:2
解释:13 = 4 + 9

提示:

  • 1 <= n <= 10^4
class Solution {
public:int numSquares(int n) {}
};

问题解析

(优化代码部分放了分析一维空间的思路,这个普通思路就简单描述了)

状态表示: dp[i][j] 表示:从前i个完全平方数中挑选,总和正好等于j,所有选法中最小的数量。

状态转移方程:

        线性 dp 状态转移方程分析方式,一般都是根据最后一步的状况,来分情况讨论。但是最后一个物品能选很多个,因此需要分很多情况:

  • 选 0 个i * i:dp[i][j] = dp[i - 1][j] 
  • 选 1 个i * i:dp[i][j] = dp[i - 1][j - i * i] + 1 ;
  • 选 2 个i * i:dp[i][j] = dp[i - 1][j - 2 * i * i] + 2 ;
  • ......

综上,状态转移方程为:

dp[i][j] = min(dp[i - 1][j] , dp[i - 1][j - i * i] + 1 + dp[i - 1][j - 2 * i * i] + 2 ,  ......)

        这时发现,计算一个状态的时候,需要一个循环才能搞定的时候,我们要想到去优化。优化的方向就是用一个或者两个状态来表示这一堆的状态,通常就是用数学的方式做一下等价替换。

        发现第二维是有规律的变化的,因此去看看 dp[i][j - i * i] + 1 ; 这个状态: dp[i][j - i * i] + 1 = min( dp[i - 1][j - 2 * i * i] + 2 , dp[i - 1][j - 3 * i * i] + 3  ,  ......)

        因此可以修改我们的状态转移方程为: dp[i][j] = min(dp[i - 1][j] , dp[i][j - i * i] + 1。(j >= i * i )。有个技巧,就是相当于把第二种情况 dp[i - 1][j - i * i] + 1 里面的 i - 1 变成 i 即可。

初始化: 初始化第一行即可,dp[0[0]为1,第一行后面初始化成无穷大。

填表顺序: 根据状态转移方程,仅需从上往下填表。

返回值: 根据状态表示,返回 dp[根号n][n] 。


解析代码

class Solution {
public:int change(int amount, vector<int>& coins) {int n = coins.size();vector<int> dp(amount + 1, 0); // 滚动数组优化dp[0] = 1;for(int i = 1; i <= n; ++i){for(int j = coins[i - 1]; j <= amount; ++j){dp[j] = dp[j] + dp[j - coins[i - 1]];}}return dp[amount];}
};

优化代码(相同子问题分析和滚动数组)

        先看能不能将问题转化成我们熟悉的题型。这里给出一个用拆分出相同子问题的方式,定义一个状态表示。(得到的结果 i 和 j 换一下就是滚动数组优化的结果)

为了叙述方便,把和为 n 的完全平方数的最少数量简称为最小数量

对于 12 这个数,分析一下如何求它的最小数量。

  • 如果 12 本身就是完全平方数,就不用算了,直接返回 1 ;
  • 但是 12 不是完全平方数,试着把问题分解⼀下:
  1. 情况一:拆出来一个 1 ,然后看看 11 的最小数量,记为 x1 ;
  2. 情况二:拆出来一个 4 ,然后看看 8 的最小数量,记为 x2 ;(为什么拆出来 4 , 而不拆出来 2 呢?)
  3. 情况三:拆出来一个 8 ...... 其中,接下来求 11、8 的时候,其实又回到了原来的问题上。

        因此,可以尝试用 dp 的策略,将 1 2 3 4 6 等等这些数的最小数量依次保存起来。再求较大的 n 的时候,直接查表,然后找出最小数量。

状态表示: dp[i] 表示:和为 i 的完全平方数的最少数量。

状态转移方程:

        对于 dp[i] ,根据思路里的分析知道,可以根据小于等于 i 的所有完全平方数 x 进行划分:

  • x = 1 时,最小数量为: 1 + dp[i - 1] ;
  • x = 4 时,最小数量为: 1 + dp[i - 4] ......

为了方便枚举完全平方数,采用的策略: for(int j = 1; j * j <= i; j++)

综上,状态转移方程为:

dp[i] = min(dp[i], dp[i - j * j] + 1)

初始化:当 n = 0 的时候,没法拆分,结果为 0 ; 当 n = 1 的时候,结果为 1 。

填表顺序: 根据状态转移方程,仅需从左往右填表。

返回值: 根据状态表示,返回 dp[n] 。

class Solution {
public:int numSquares(int n) {// dp[i] 表示:和为 i 的完全平方数的最少数量int m = sqrt(n);vector<int> dp(n + 1, 0x3f3f3f3f);dp[0] = 0;for(int i = 1; i <= m; ++i){for(int j = i * i; j <= n; ++j){dp[j] = min(dp[j], dp[j - i * i] + 1);}}return dp[n];}
};

http://www.hrbkazy.com/news/7563.html

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