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[数据结构与算法]LeetCode 热题 HOT 100 第29天:“爬楼梯”

继续刷LeetCode 热题 HOT 100 的题目,并且在博客更新我的solutions。在csdn博客中我会尽量用文字解释清楚,相关Java代码大家可以前往我的个人博客jinhuaiyu.com中查看。
题目:爬楼梯
假设你正在爬楼梯。需要 n 阶你才能到达楼顶。
每次你可以爬 1 或 2 个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢?
示例 1:
输入:n = 2
输出:2
解释:有两种方法可以爬到楼顶。

  1. 1 阶 + 1 阶
  2. 2 阶
    示例 2:
    输入:n = 3
    输出:3
    解释:有三种方法可以爬到楼顶。
  3. 1 阶 + 1 阶 + 1 阶
  4. 1 阶 + 2 阶
  5. 2 阶 + 1 阶
    提示:1 <= n <= 45

solution 1:动态规划
这道题和前几道动态规划题(二维移动)也是一个思想,只不过这道题只向一个方向移动,但有两种移动方式。第n级台阶的爬法可以由前两级台阶的爬法决定,包括从第n-2级台阶一次爬两级上来,以及从第n-1级台阶爬一级上来。设第n级台阶的爬法为f(n),状态转移方程为:
f(n)=f(n?1)+f(n?2)
我们可以通过迭代从第1级开始往上计算,利用动态规划记住前面每级台阶的爬法数量。f(0)=1,f(1)=1,f(2)=1+1=2……
我们可以不用O(n)空间来存储每级的爬法,因为每次计算只需要知道前两级的爬法,所以我们可以只用两个变量更新即可。如果不想把第1级台阶列为特殊处理,我们可以在最前面再引入一个0,f(1)=0+f(0)=1,f(2)=f0)+f(1)=2。

solution 2:矩阵快速幂
先介绍一下什么是快速幂,如果我们要求a^n,需要O(n) 的时间复杂度来把n个a相乘,但是我们可以利用快速幂在O(logn)时间复杂度内求出答案。每次将指数缩小一半,底数进行平方(相乘),结果不变:
a^n =(a2)(n/2)=(a*a)^(n/2)
当n一直除2到1或0时,共除了logn次(底为2),每次进行一次乘法运算,所以可以降低时间复杂度。对于奇数次幂,可以通过取出一位来和偶数次幂情况合并:
在这里插入图片描述
我们的方案一时间复杂度显然是O(n),因为要从f(1)迭代计算到f(n),我们是否可以利用快速幂,降低时间复杂度呢?
这个递推公式正是斐波那契数列:0,1,1,2,3……
关于齐次线性递推的思想大家可以去复习一下线性代数,这块我就不讲怎么能联想了,直接给出斐波那契数列的矩阵型递推公式:
在这里插入图片描述
迭代可得:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
我们想得到f(n),只需要对M进行快速幂即可,但是这里是矩阵的乘法,我们需要写一个方法定义矩阵相乘(很简单,这里不介绍了)。至此,我们就可以在O(logn)时间复杂度内求得结果了。

solution 3:通项公式
斐波那契数列的通项公式如下:
在这里插入图片描述
我们可以直接代入n进行浮点数计算,比如java有Math.sqrt和Math.pow来计算开方和幂,这种方法简单粗暴,但是浮点数可能会丢失精度。

Finally,带有详细注释的代码放在我的个人博客http://jinhuaiyu.com/leetcode-climbing-stairs/

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加:2022-02-04 11:17:09  更:2022-02-04 11:18:30 
 
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