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【二维动态规划】 LeetCode #120 三角形最小路径和(空间复杂度O(n))

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前面做的题是线性动态规划,用dp[]存储结果,某些题经过优化可以用prev1和prev2存放结果,不必创建一位数组;今天的题用到的是二维动态规划,本题每次只会用到上一行的结果,故可以优化到只创建一位数组,优化会放到文章末尾。

题目链接:

LeetCode #120 三角形最小路径和

题目描述:

三角形最小路径和

给定一个三角形,找出自顶向下的最小路径和。每一步只能移动到下一行中相邻的结点上。

例如,给定三角形:

[
[2],
[3,4],
[6,5,7],
[4,1,8,3]
]
自顶向下的最小路径和为 11(即,2 + 3 + 5 + 1 = 11)。

说明:

如果你可以只使用 O(n) 的额外空间(n 为三角形的总行数)来解决这个问题,那么你的算法会很加分。

题目理解:

给定一个三角形,每次只能向下移动或者向右下移动,要求得走完三角形的最小路径和,即返回的结果为dp数组最后一行dp[length-1]的最小值。

动态规划问题还是一样的先设状态dp,再推导出状态转移方程式。设 dp[i][j] 为走到 (i, j) 的最小路径和(包含第 i 行第 j 列元素),状态转移方程式如下:

对于中间元素,可能从左上或者上方而来
dp[i][j] = min(dp[i-1][j], dp[i-1][j-1]) + triangle[i][j]

对于每行的第一个元素(即 j=0),只能从上方来
当 j=0 时, dp[i][j] = dp[i-1][j] + triangle[i][j]

对于每行的最后一个元素(即 j=i),只能从左上方来
当 j=i 时,dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + triangle[i][j]

最后,返回的结果应为dp数组最后一行的最小值

第一次提交:


时间复杂度为O(n^2),
空间复杂度为O(n^2)。

代码:

/*
*二维动态规划:设 dp[i][j] 为走到 (i, j) 的最小路径和(包含第 i 行第 j 列元素)
*中间元素可能从左上或者上方而来:
*dp[i][j] = min(dp[i-1][j], dp[i-1][j-1]) + triangle[i][j]
*对于每行的第一个元素(即 j=0),只能从上方来:
*当 j=0 时, dp[i][j] = dp[i-1][j] + triangle[i][j]
*对于每行的最后一个元素(即 j=i),只能从左上方来
*当 j=i 时,dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + triangle[i][j]
*/
class Solution {
    public int minimumTotal(List<List<Integer>> triangle) {
        int[][] dp = new int[triangle.size()][triangle.size()];
        int result = Integer.MAX_VALUE;
        /*第一行和第二行的元素都是特殊元素,直接进行初始化
        *dp[0][0] = triangle[0][0], 
        *dp[1][0] = dp[0][0] + triangle[1][0], 
        *dp[1][1] = dp[0][0] + triangle[1][1]*/
        dp[0][0] = triangle.get(0).get(0);
         if(triangle.size() == 1) return dp[0][0];
        dp[1][0] = dp[0][0] + triangle.get(1).get(0);
        dp[1][1] = dp[0][0] + triangle.get(1).get(1);
        if(triangle.size() == 2) return Math.min(dp[1][0], dp[1][1]);
        for(int i = 2; i < triangle.size(); i++){
            for(int j = 0; j <= i; j++){
                if(j == 0) {
                    dp[i][j] = dp[i-1][j] + triangle.get(i).get(j);
                }
                else if(j == i){
                    dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + triangle.get(i).get(j);
                } 
                else{
                    dp[i][j] = Math.min(dp[i-1][j], dp[i-1][j-1]) + triangle.get(i).get(j);
                }
                if(i == triangle.size()-1){//要走完三角形,result应该为dp最后一行的最小值
                    if(result > dp[i][j]){
                        result = dp[i][j];
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

优化:

时间复杂度不好再优化了,我们可以从空间复杂度下手,把空间复杂度从O(n^2)降到O(n)
每一次计算dp[i][j]只会用到上一行的数据,不必设置二维数,可以只设置dp[i]。需要注意的是,如果每一行还是正序循环,会用到被覆盖过的数据,比如:

[2],
[3,4],
[6,5,7],
[4,1,8,3]

初始:
dp[0] = 2
dp[0] = 2 + 3 = 5;dp[1] = 2 + 4 = 6

第一次循环:从第三行第一列开始
dp[0] = dp[0] + 6 = 11;到这里数据是正确的
dp[1] = min(dp[0], dp[1]) + triangle[2][1];这里就出问题了,我们需要用到第2行的dp[0]和dp[1],但是dp[0]在上一步已经被覆盖掉了,从5变成了11。

解决方案:
把每行的正序循环改为逆序循环,避免需要用到的数据被覆盖掉: for(int j = 0; j <= i; j++) 改为 for(int j = i; j >= 0; j–)。

优化后的代码:

/*
*二维动态规划:设 dp[i][j] 为走到 (i, j) 的最小路径和(包含第 i 行第 j 列元素)
*中间元素可能从左上或者上方而来:
*dp[i][j] = min(dp[i-1][j], dp[i-1][j-1]) + triangle[i][j]
*对于每行的第一个元素(即 j=0),只能从上方来:
*当 j=0 时, dp[i][j] = dp[i-1][j] + triangle[i][j]
*对于每行的最后一个元素(即 j=i),只能从左上方来
*当 j=i 时,dp[i][j] = dp[i-1][j-1] + triangle[i][j]
*优化:每一次计算dp[i][j]只会用到上一行的数据,不必设置二维数组,需要注意如果正序循环,会用到被覆盖掉的内容,可以用逆序循环来避免数据被覆盖的问题

*/
class Solution {
    public int minimumTotal(List<List<Integer>> triangle) {
        int[] dp = new int[triangle.size()];
        int result = Integer.MAX_VALUE;
        /*第一行和第二行的元素都是特殊元素,直接进行初始化
        *dp[0][0] = triangle[0][0], 
        *dp[1][0] = dp[0][0] + triangle[1][0], 
        *dp[1][1] = dp[0][0] + triangle[1][1]*/
        dp[0] = triangle.get(0).get(0);
         if(triangle.size() == 1) return dp[0];
        dp[0] = triangle.get(0).get(0)+ triangle.get(1).get(0);
        dp[1] = triangle.get(0).get(0)+ triangle.get(1).get(1);
        if(triangle.size() == 2) return Math.min(dp[0], dp[1]);
        for(int i = 2; i < triangle.size(); i++){
            for(int j = i; j >= 0; j--){//用逆序循环来避免数据被覆盖的问题
                if(j == 0) {
                    dp[j] = dp[j] + triangle.get(i).get(j);
                }
                else if(j == i){
                    dp[j] = dp[j-1] + triangle.get(i).get(j);
                } 
                else{
                    dp[j] = Math.min(dp[j], dp[j-1]) + triangle.get(i).get(j);
                }
                if(i == triangle.size()-1){//要走完三角形,result应该为dp最后一行的最小值
                    if(result > dp[j]){
                        result = dp[j];
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

第二次提交:


比较奇怪的是…时间复杂度依然是O(n^2),空间复杂度降到了O(n),但是提交的数据时间更短了,空间却没什么变化…可能是测试数据不够大,没能体现出来数组降维的优势吧。


转载:https://blog.csdn.net/Code_Yilia/article/details/105921522
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