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[数据结构与算法]动态规划:入门

?在知乎上看到有人写得不错,最近也刚好开始在刷LC了,所以把自己解题时想到的写下来。

动态规划,利用历史记录,来避免重复计算

这些历史记录,需要一些变量去保存,一般就是用一维数组/二维数组去保存。

  1. 定义数组的含义:我们定义好数组的元素的意思,这样就很好解题了

  2. 找出数组元素之间的关系:我们的目的是求n,那么我们可以用n-1, n-2的历史记录去求得n的value

    这个是最难的一步,也就是把大问题拆成小问题,譬如n = n-1 + n-2

  3. 找到初始值,初始值不一定只有一个,有可能是多个,所以我们要细心找到某一些“数组里面的值” 是没办法通过找元素间的关系去求出来的(也就是所谓的不可以再细分了)

第一题:一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级。求该青蛙跳上一个n级的台阶总共有多少种跳法。

  1. 定义数组的含义,我们这里定义一个一维数组:dp[]

  2. 我们的问题是青蛙跳上n级台阶总共有多少种跳法,于是我们定义dp[i]的含义就是跳上一个i级台阶一共有dp[i]种跳法,所以只要我们求得dp[n]的值就可以知道答案了

  3. (我们先来分析第二步,定义一维数组这个就我觉得跟前进方向有关,因为只可以向前走,所以只管一个维度就好了。其次是含义,含义是根据命题来决定的,命题决定是啥,数组的含义就是啥,具体到问题可能是第x次/个/ 会怎么样怎么样,于是数组里面的x下标就是会怎么样。当然这里是一维,后面再看二维是怎么玩的)

  1. 找出数组之间的联系:动态规划问题就是通过子问题去解决大问题,所以这里的大小就存在一个联系,也就是数组之间的联系,最难的就是这个

  1. 对于这道题,由于情况可以选择跳一级,也可以选择跳两级,所以青蛙到达第 n 级的台阶有两种方式:一种是从第 n-1 级跳上来,一种是从第 n-2 级跳上来,由于我们是要算 所有可能的跳法的,所以有 dp[n] = dp[n-1] + dp[n-2]。

  2. (这里她是怎想的,就是从当前开始往回想,我这一步可以是通过前一步的什么状态来的,根据题目给的条件,我们知道可以是n-1/n-2,这里就狠厉害了,然后是要计算所有可能的跳法,也就是复用了前面的数组了,因为我当前这一步,只管前一步的状态,不管前一步再之前的任何状态,所以我们可以直接套dp进去)

  3. 找初始条件:这里就是要 仔细观察我们的数组上面,到底哪些下标是不可以通过递推出来的,也是用从当前状态开始往回想开始,例如dp[1] = dp[0] + dp[-1] ,现在我们来回到数组元素的定义 “dp[i]的含义就是跳上一个i级台阶一共有dp[i]种跳法” ,很明显,dp[0] 和 dp[-1] 都是不可以通过递推得来的,所以我们应该定义dp[1]的value作为初始值。

  4. 然后我们还要再多一个心眼,因为他一次可以跳一步/跳两步,dp[2] = dp[1] + dp[0],这里其实也挺难的,因为心里没一谱,不知道初始状态找完了没有,大佬说只能多写题了。dp2既可以从0直接上来,也可以从0到1再到2,所以一般他有多个方向可以移动的话,多注意第二步是不是可以从多个方向来的就好了的(应该哈)

问题2:一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为“Start” )机器人每次只能向下或者向右移动一步。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为“Finish”)。问总共有多少条不同的路径?

这么一看,首先机器人可以走一个二维的路子,所以肯定是一个建立一个二维数组dp [ ] [ ]了

  1. 定义数组的含义(含义是根据命题来决定的,命题决定是啥,数组的含义就是啥,具体到问题可能是第x次/个/ 会怎么样怎么样,于是数组里面的x下标就是会怎么样。当然这里是一维,后面再看二维是怎么玩的)

  2. 我自己就定义成 到达下标是i和j的时候共有dp[i] [j]条路径 这个对了

  3. 然后就是找关系,从当前 我处在第 下标是 (i,j) 的时候往前推,要么向下,就是从(i-1,j)来的,要么就是从(i,j-1)来的,于是 关系式可以写成:dp[i] [j] = dp[i-1] [j] + dp[i] [j-1] 然后也是不管我这之前的东西怎么来的,我只需要focus on当前这一步怎么来就好了,所以套上了dp。这个对了

  4. 找到初始值:从最开始的状态往回推:dp[0] [0] = dp[-1] [0] + dp[0] [-1] 很明显dp[0] [0] 需要我们定义出来,然后再写这个dp [0] [0]的时候,发现一个东西,就是我们上面说的 我们要把所有的初始值都找出来(某一些value不可以直接用递推表示出来)=> (递推式里面有两个元素,一个是dp[i-1] [j] 另一个是dp[i] [j-1]) => (只要这两个元素有其中一个没写出来,那么这个递推的目标(等式的左边)就应该称为一个初始值)=>(所以最左边一列(没有dp[i-1] [j]),最上面一行(dp[i] [j-1])都是需要初始化的)

  5. 所以 最左边一列 和 最上面一行 的value 都是1 ,然后由于向下走和向右走的步长都是1,且方向不一样,也就是其中一方不可以包括另外一方,于是没有像上一题那样 dp[2] = 2的情况。 这个也对了!

问题3:给定一个包含非负整数的 m x n 网格,请找出一条从左上角到右下角的路径,使得路径上的数字总和为最小。说明:每次只能向下或者向右移动一步。

  1. 定义数组的含义,两个方向,那就是二维的数组dp[] []

  2. dp[i] [j]为走到(i,j)下标时, 数字总和最少是多少(因为我是觉得题目怎么问我就怎么设定含义)这个对了

  3. 找出数组的关系:从当前出发:dp[i] [j] = min( dp[i-1] [j] , dp[i] [j-1] ) + 自己的value 这个对了。

  4. (这个不能盲目地和之前第一第二题一样地思考,因为前两题都是求路径和,当然用sum,在这里我们是想求min,所以我们要对可以通往当前时刻的路径做一个筛选,也就是做一个比较,这相当于选出一条路径了,然后再加上选择这条路径的成本,就是走到当前下标(i,j)的数字最少和了)

  5. 找出初始值:也是从当前的状态出发,先看(0,0),肯定是需要初始化,然后左边一列,上面一排,也是需要初始化;移动也没有包含关系,所以不用考虑第一题dp[2]的情形

问题4:给定两个单词 word1 和 word2,计算出将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数 。你可以对一个单词进行如下三种操作:插入一个字符 删除一个字符 替换一个字符。

  1. 这个定义数组的维度就没前面那么直观了(我觉得是将word1的前n个字符换成word2前j个字符所需最少操作数)4*2 猜对了

  2. 怎么猜的,因为感觉字符的变换其实也是向下走,向右走的操作,向下走就是有两种情况,m*n (当前时刻m > n)的情况,就是n已经处理完了,剩下的m都是删除;然后另外一种情况就是m < n,这时候是m和n都同时走一步,也就是往右下方去处理? 我自己感觉是这样所以才用二维数组。(但是理解错了)

  3. 找元素之间的关系:

  4. 之前的理解是错了,理解得还不够深入,确实m和n的大小关系是需要考虑的。但还需要判断当前的value是否相等,这是其一,第二还需要有 n > m的关系,这点也没考虑进去,所以其实一考虑进去,就很容易想到三个对应的操作,其实就是三种走法,正下方,正右方,还有右下方走,这就很灵性了,相当于在怎么走的基础上加了一层蒙版,要自己先理解了对了 数组的含义 才能更好地去理解三个操作。我觉得这就是一个套路了

  5. 所以(看答案) 当两个字符串都没有走完,判断是否相等,相等就加0,看下一个,看的这个操作是往右下方走;如果不想等,其实就是换,因为两个子串还没走完,所以也是往右下方走。于是dp[i] [j] = dp[i+1] [j+1] + 1

  6. 当被转换的字符串走完了,也就是出现n>m的情况,这时候没有其他操作,就是增加而已,所以dp[i] [j] = dp[i] [j-1] + 1 为什么是这个等式呢?因为i已经是m了,走到头了,没法往下走了,只能往右走

  7. 当转换模版的字符串走完了,也就是出现m>n的情况,这时候没有其他操作,就是删除而已,所以dp[i] [j] = dp[i-1] [j] + 1 为什么是这个等式呢?因为j已经是n了,走到头了,没法往下走了,只能往下走

  8. 所以 递推式应该怎么写,这里不是第一第二题的形式,问有多少种方式,有第三题那种约束条件存在(最少)。但因为其实除了元素相等每一步怎么走都是+1的操作,所以没有当前存在最小值的区别。但也是有可能这一点就是最小值的区别,怎么走只是限制了更新的方式,(也就是是否加一,我觉得还是有区别的)。

  9. 那我应该怎么把“value相等”的这个操作写在递推式里面呀?。。。想了半个小时,看答案吧

  10. 看了下代码,妈的就是个if判断,看来我把问题太高度化了,想用一条式子cover所有的情况

  11. 如果相等,咱们就 dp[i] [j] = dp[i-1] [j-1]

    如果不相等,咱们就min( dp[i-1] [j-1],dp[i] [j-1],dp[i-1] [j] ) + 1

    为什么需要min,就是防止譬如出现前一个是元素是相等的情况,可以把相等的路线给选出来

  12. 最后就是初始化value了,怎么想呢,都是第一列,第一行分别是0~m,0~n 也就是 全插入/全删除操作 (这个对了)

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加:2021-10-20 12:44:30  更:2021-10-20 12:45:01 
 
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