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动态规划

背景

先从一道题目开始~

如题  triangle

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)。

使用 DFS(遍历 或者 分治法)

遍历

image.png

分治法

image.png

优化 DFS,缓存已经被计算的值(称为:记忆化搜索 本质上:动态规划)

image.png

动态规划就是把大问题变成小问题,并解决了小问题重复计算的方法称为动态规划

动态规划和 DFS 区别

  • 二叉树 子问题是没有交集,所以大部分二叉树都用递归或者分治法,即 DFS,就可以解决
  • 像 triangle 这种是有重复走的情况,子问题是有交集,所以可以用动态规划来解决

动态规划,自底向上

class Solution:
    def minimumTotal(self, triangle: List[List[int]]) -> int:
        if len(triangle) == 0:
            return 0
        
        dp = triangle[-1].copy()
        
        for i in range(-2, -len(triangle) - 1, -1):
            for j in range(len(triangle[i])):
                dp[j] = triangle[i][j] + min(dp[j], dp[j + 1])
        
        return dp[0]

动态规划,自顶向下

class Solution:
    def minimumTotal(self, triangle: List[List[int]]) -> int:
        if len(triangle) == 0:
            return 0
        
        dp = triangle[0]
        for row in triangle[1:]:
            dp_new = [row[0] + dp[0]]
            for i in range(len(dp) - 1):
                dp_new.append(row[i+1] + min(dp[i], dp[i+1]))
            dp_new.append(row[-1] + dp[-1])
            dp = dp_new
        
        return min(dp)
class Solution:
    def minimumTotal(self, triangle: List[List[int]]) -> int:
        result = triangle
        count = 0
        for line in result:
            line[0] += count
            count = line[0]
        for i in range(1, len(triangle)):
            for j in range(1, len(triangle[i])):
                if j >= len(triangle[i-1]):
                    result[i][j] += result[i-1][j-1]
                else:
                    result[i][j] += min(result[i-1][j-1], result[i-1][j])
        return min(result[-1])

递归和动规关系

递归是一种程序的实现方式:函数的自我调用

Function(x) {
	...
	Funciton(x-1);
	...
}

动态规划:是一种解决问题的思想,大规模问题的结果,是由小规模问题的结果运算得来的。动态规划可用递归来实现(Memorization Search)

使用场景

满足两个条件

  • 满足以下条件之一
    • 求最大/最小值(Maximum/Minimum )
    • 求是否可行(Yes/No )
    • 求可行个数(Count(*) )
  • 满足不能排序或者交换(Can not sort / swap )

如题:longest-consecutive-sequence  位置可以交换,所以不用动态规划

四点要素

  1. 状态 State
    • 灵感,创造力,存储小规模问题的结果
  2. 方程 Function
    • 状态之间的联系,怎么通过小的状态,来算大的状态
  3. 初始化 Intialization
    • 最极限的小状态是什么, 起点
  4. 答案 Answer
    • 最大的那个状态是什么,终点

常见四种类型

  1. Matrix DP (10%)
  2. Sequence (40%)
  3. Two Sequences DP (40%)
  4. Backpack (10%)

注意点

  • 贪心算法大多题目靠背答案,所以如果能用动态规划就尽量用动规,不用贪心算法

1、矩阵类型(10%)

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。

思路:动态规划

  1. state: f(x, y) 从起点走到 (x, y) 的最短路径

  2. function: f(x, y) = min(f(x - 1, y), f(x, y - 1]) + A(x, y)

  3. intialize: f(0, 0) = A(0, 0)、f(i, 0) = sum(0,0 -> i,0)、 f(0, i) = sum(0,0 -> 0,i)

  4. answer: f(n - 1, m - 1)

  5. 2D DP -> 1D DP

class Solution:
    def minPathSum(self, grid: List[List[int]]) -> int:
        m, n = len(grid), len(grid[0])
        
        dp = [0] * n
        dp[0] = grid[0][0]
        for i in range(1, n):
            dp[i] = dp[i-1] + grid[0][i]
        
        for i in range(1, m):
            dp[0] += grid[i][0]
            for j in range(1, n):
                dp[j] = grid[i][j] + min(dp[j-1], dp[j])
        return dp[-1]
class Solution:
    def minPathSum(self, grid: List[List[int]]) -> int:
        m = len(grid)
        n = len(grid[0])
        result = grid
        for i in range(1, m):
            result[i][0] += result[i-1][0]
        for j in range(1, n):
            result[0][j] += result[0][j-1]
        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                result[i][j] += min(result[i-1][j], result[i][j-1])
        return result[-1][-1]

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?

class Solution:
    def uniquePaths(self, m: int, n: int) -> int:
        
        if m < n:
            m, n = n, m
        
        dp = [1] * n
        
        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                dp[j] += dp[j - 1]
        
        return dp[-1]
class Solution:
    def uniquePaths(self, m: int, n: int) -> int:
        result = [[1] * n for _ in range(m)]
        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                result[i][j] = result[i-1][j] + result[i][j-1]
        return result[-1][-1]

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? 现在考虑网格中有障碍物。那么从左上角到右下角将会有多少条不同的路径?

class Solution:
    def uniquePathsWithObstacles(self, G: List[List[int]]) -> int:
        
        m, n = len(G), len(G[0])
        
        dp = [1] if G[0][0] == 0 else [0]
        for i in range(1, n):
            new = dp[i-1] if G[0][i] == 0 else 0
            dp.append(new)
        
        for i in range(1, m):
            dp[0] = 0 if G[i][0] == 1 else dp[0]
            for j in range(1, n):
                dp[j] = dp[j-1] + dp[j] if G[i][j] == 0 else 0
        
        return dp[-1]
class Solution:
    def uniquePathsWithObstacles(self, obstacleGrid: List[List[int]]) -> int:
        if obstacleGrid[0][0]:
            return 0
        m = len(obstacleGrid)
        n = len(obstacleGrid[0])
        result = [[0] * n for _ in range(m)]
        result[0][0] = 1
        for i in range(1, m):
            if not obstacleGrid[i][0]:
                result[i][0] = result[i-1][0]
        for j in range(1, n):
            if not obstacleGrid[0][j]:
                result[0][j] = result[0][j-1]

        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                if obstacleGrid[i][j]:
                    result[i][j] = 0
                else:
                    result[i][j] = result[i-1][j] + result[i][j-1]
        return result[-1][-1]

2、序列类型(40%)

假设你正在爬楼梯。需要  n  阶你才能到达楼顶。

class Solution:
    def climbStairs(self, n: int) -> int:
        if n < 2: return n
        
        step1, step2 = 2, 1
        
        for _ in range(n - 2):
            step1, step2 = step1 + step2, step1
        
        return step1
class Solution:
    def climbStairs(self, n: int) -> int:
        if n == 1:
            return n
        result = [1] * n
        result[1] = 2
        for i in range(2, n):
            result[i] = result[i-1] + result[i-2]
        return result[-1]

给定一个非负整数数组,你最初位于数组的第一个位置。 数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。 判断你是否能够到达最后一个位置。

解法:直接DP无法得到O(n)的解,考虑间接DP

  • tail to head
class Solution:
    def canJump(self, nums: List[int]) -> bool:
        
        left = len(nums) - 1 # most left index that can reach the last index
        
        for i in range(len(nums) - 2, -1, -1):
            
            left = i if i + nums[i] >= left else left # DP
        
        return left == 0
  • head to tail
class Solution:
    def canJump(self, nums: List[int]) -> bool:
        
        max_pos = nums[0] # furthest index can reach
        
        for i in range(1, len(nums)):
            if max_pos < i:
                return False
            max_pos = max(max_pos, i + nums[i]) # DP
        
        return True
class Solution:
    def canJump(self, nums: List[int]) -> bool:
        max_jump = 0
        length = len(nums)
        for i in range(length):
            if max_jump >= i:
                max_jump = max(max_jump, i + nums[i])
            if max_jump >= length - 1:
                return True
        return False

给定一个非负整数数组,你最初位于数组的第一个位置。 数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。 你的目标是使用最少的跳跃次数到达数组的最后一个位置。

class Solution:
    def jump(self, nums: List[int]) -> int:
        
        cur_max = 0
        step_max = 0
        step = 0
        
        for i in range(len(nums)):

            if cur_max < i: # can't reach i, don't have to consider in this problem
                return float('inf')
            
            if step_max < i: # can't reach i in current number of steps
                step += 1
                step_max = cur_max
            
            cur_max = max(cur_max, i + nums[i]) # DP
        
        return min_step
class Solution:
    def jump(self, nums: List[int]) -> int:
        max_jump, step, end = 0, 0, 0
        for i in range(len(nums)-1):
            max_jump = max(max_jump, i+nums[i])
            if i == end:
                step += 1
                end = max_jump
        return step

给定一个字符串 s,将 s 分割成一些子串,使每个子串都是回文串。 返回符合要求的最少分割次数。

  • Why is hard

仅目标DP, 判断回文时间复杂度高 -> 目标DP + 回文二维DP, 回文DP空间复杂度高 -> 一点trick, 回文DP空间复杂度降为线性

class Solution:
    
    def minCut(self, s: str) -> int:
        
        dp_min = [0] * len(s)
        dp_pal = [True] * len(s)
        
        def isPal(i, j):
            dp_pal[i] = (s[i] == s[j] and dp_pal[i+1])
            return dp_pal[i]
        
        for j in range(1, len(s)):
            
            min_cut = dp_min[j - 1] + 1
            
            if isPal(0, j):
                min_cut = 0
            
            for i in range(1, j):
                if isPal(i, j):
                    min_cut = min(min_cut, dp_min[i - 1] + 1)
            
            dp_min[j] = min_cut
        
        return dp_min[-1]
class Solution:
    def minCut(self, s: str) -> int:
        n = len(s)
        if n < 2:
            return 0
        result = [n] * n
        result[0] = 0
        for i in range(1, n):
            if s[:i+1] == s[:i+1][::-1]:
                result[i] = 0
                continue
            for j in range(i):
                if s[j+1:i+1] == s[j+1:i+1][::-1]:
                    result[i] = min(result[i], result[j]+1)
        return result[-1]

给定一个无序的整数数组,找到其中最长上升子序列的长度。

子序列 是由数组派生而来的序列,删除(或不删除)数组中的元素而不改变其余元素的顺序。例如,[3,6,2,7] 是数组 [0,3,1,6,2,2,7] 的子序列。 示例 1: 输入:nums = [10,9,2,5,3,7,101,18] 输出:4 解释:最长递增子序列是 [2,3,7,101],因此长度为 4

示例 2: 输入:nums = [0,1,0,3,2,3] 输出:4

示例 3: 输入:nums = [7,7,7,7,7,7,7] 输出:1

  • DP(i) 等于以第i个数结尾的最长上升子序列的长度,容易想但不是最优
class Solution:
    def lengthOfLIS(self, nums: List[int]) -> int:
        
        if len(nums) == 0: return 0
        
        dp_max = [1] * len(nums)
        
        for j in range(1, len(nums)):
            for i in range(j):
                if nums[j] > nums[i]:
                    dp_max[j] = max(dp_max[j], dp_max[i] + 1)
        
        return max(dp_max)
  • 最优算法使用 greedy + binary search,比较tricky
class Solution:
    def lengthOfLIS(self, nums: List[int]) -> int:
        
        if len(nums) == 0: return 0
        
        seq = [nums[0]]
        
        for i in range(1, len(nums)):
            ins = bisect.bisect_left(seq, nums[i])
            if ins == len(seq):
                seq.append(nums[i])
            else:
                seq[ins] = nums[i]
        
        return len(seq)
class Solution:
    def lengthOfLIS(self, nums: List[int]) -> int:
        result = [nums[0]]
        length = len(nums)
        for i in range(1, length):
            if nums[i] > result[-1]:
                result.append(nums[i])
                continue
            if nums[i] < result[-1]:
                for j in range(len(result)):
                    if nums[i] <= result[j]:
                        result[j] = nums[i]
                        break
        return len(result)

给定一个非空字符串  s  和一个包含非空单词列表的字典  wordDict,判定  s  是否可以被空格拆分为一个或多个在字典中出现的单词。

class Solution:
    def wordBreak(self, s: str, wordDict: List[str]) -> bool:
        
        dp = [False] * (len(s) + 1)
        dp[-1] = True
        
        for j in range(len(s)):
            for i in range(j+1):
                if dp[i - 1] and s[i:j+1] in wordDict:
                    dp[j] = True
                    break
        
        return dp[len(s) - 1]
class Solution:
    def wordBreak(self, s: str, wordDict: List[str]) -> bool:
        length = len(s)
        result = [False] * length
        for i in range(length):
            if s[:i+1] in wordDict:
                result[i] = True
                continue
            for j in range(i+1):
                if result[j] and s[j+1:i+1] in wordDict:
                    result[i] = True
                    break
        return result[-1]

小结

常见处理方式是给 0 位置占位,这样处理问题时一视同仁,初始化则在原来基础上 length+1,返回结果 f[n]

  • 状态可以为前 i 个
  • 初始化 length+1
  • 取值 index=i-1
  • 返回值:f[n]或者 f[m][n]

Two Sequences DP(40%)

给定两个字符串  text1 和  text2,返回这两个字符串的最长公共子序列。 一个字符串的   子序列   是指这样一个新的字符串:它是由原字符串在不改变字符的相对顺序的情况下删除某些字符(也可以不删除任何字符)后组成的新字符串。 例如,"ace" 是 "abcde" 的子序列,但 "aec" 不是 "abcde" 的子序列。两个字符串的「公共子序列」是这两个字符串所共同拥有的子序列。

  • 二维DP若只与当前行和上一行有关,可将空间复杂度降到线性
class Solution:
    def longestCommonSubsequence(self, t1: str, t2: str) -> int:
        
        if t1 == '' or t2 == '':
            return 0
        
        if len(t1) < len(t2):
            t1, t2 = t2, t1

        dp = [int(t2[0] == t1[0])] * len(t2) # previous row
        dp_new = [0] * len(t2) # current row
        
        for j in range(1, len(t2)):
            dp[j] = 1 if t2[j] == t1[0] else dp[j - 1]
        
        for i in range(1, len(t1)):
            dp_new[0] = 1 if dp[0] == 1 or t2[0] == t1[i] else 0
            for j in range(1, len(t2)):
                if t2[j] != t1[i]:
                    dp_new[j] = max(dp[j], dp_new[j - 1])
                else:
                    dp_new[j] = dp[j - 1] + 1
            dp, dp_new = dp_new, dp
        
        return dp[-1]
class Solution:
    def longestCommonSubsequence(self, text1: str, text2: str) -> int:
        m = len(text1) + 1
        n = len(text2) + 1
        result = [[0]*n for _ in range(m)]
        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                if text1[i-1] == text2[j-1]:
                    result[i][j] = result[i-1][j-1] + 1
                else:
                    result[i][j] = max(result[i-1][j], result[i][j-1])
        return result[-1][-1]

给你两个单词  word1 和  word2,请你计算出将  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

思路:和上题很类似,相等则不需要操作,否则取删除、插入、替换最小操作次数的值+1

class Solution:
    def minDistance(self, w1: str, w2: str) -> int:
        
        if w1 == '': return len(w2)
        if w2 == '': return len(w1)
        
        m, n = len(w1), len(w2)
        if m < n:
            w1, w2, m, n = w2, w1, n, m
        
        dp = [int(w1[0] != w2[0])] * n
        dp_new = [0] * n
        
        for j in range(1, n):
            dp[j] = dp[j - 1] + int(w2[j] != w1[0] or dp[j - 1] != j)
        
        for i in range(1, m):
            dp_new[0] = dp[0] + int(w2[0] != w1[i] or dp[0] != i)
            
            for j in range(1, n):
                dp_new[j] = min(dp[j - 1] + int(w2[j] != w1[i]), dp[j] + 1, dp_new[j - 1] + 1)
                
            dp, dp_new = dp_new, dp
        
        
        return dp[-1]
class Solution:
    def minDistance(self, word1: str, word2: str) -> int:
        m = len(word1)
        n = len(word2)
        if not m*n:
            return m+n
        m, n = m + 1, n + 1
        result = [[0]*n for _ in range(m)]
        for i in range(m):
            result[i][0] = i
        for j in range(n):
            result[0][j] = j
        for i in range(1, m):
            for j in range(1, n):
                if word1[i-1] == word2[j-1]:
                    result[i][j] = result[i-1][j-1]
                else:
                    result[i][j] = min(result[i-1][j-1], result[i-1][j], result[i][j-1]) + 1
        return result[-1][-1]

说明

另外一种做法:MAXLEN(a,b)-LCS(a,b)

零钱和背包(10%)

给定不同面额的硬币 coins 和一个总金额 amount。编写一个函数来计算可以凑成总金额所需的最少的硬币个数。如果没有任何一种硬币组合能组成总金额,返回  -1。

思路:和其他 DP 不太一样,i 表示钱或者容量

class Solution:
    def coinChange(self, coins: List[int], amount: int) -> int:
        
        dp = [0] * (amount + 1)
         
        for i in range(1, len(dp)):
            dp[i] = float('inf')
            
            for coin in coins:
                if i >= coin and dp[i - coin] + 1 < dp[i]:
                    dp[i] = dp[i - coin] + 1
            
        return -1 if dp[amount] == float('inf') else dp[amount]
class Solution:
    def coinChange(self, coins: List[int], amount: int) -> int:
        result = [float("inf")] * (amount+1)
        result[0] = 0
        for i in range(1, amount+1):
            for j in range(len(coins)):
                if i >= coins[j]:
                    result[i] = min(result[i], result[i-coins[j]]+1)
        if result[-1] == float("inf"):
            return -1
        return result[-1]

在 n 个物品中挑选若干物品装入背包,最多能装多满?假设背包的大小为 m,每个物品的大小为 A[i]

class Solution:
    def backPack(self, m, A):
        
        n = len(A)
        
        dp = [0] * (m + 1)
        dp_new = [0] * (m + 1)
        
        for i in range(n):
            for j in range(1, m + 1):
                use_Ai = 0 if j - A[i] < 0 else dp[j - A[i]] + A[i]
                dp_new[j] = max(dp[j], use_Ai)
            
            dp, dp_new = dp_new, dp
        
        return dp[-1]
def backPack(weight, value, bagweight):
    # 二维数组
    dp = [[0] * (bagweight + 1) for _ in range(len(weight))]

    # 初始化
    for j in range(weight[0], bagweight + 1):
        dp[0][j] = value[0]

    # weight数组的大小就是物品个数
    for i in range(1, len(weight)):  # 遍历物品
        for j in range(bagweight + 1):  # 遍历背包容量
            if j < weight[i]:
                dp[i][j] = dp[i - 1][j]
            else:
                dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i])

    return dp[len(weight) - 1][bagweight]

if __name__ == "__main__":

    weight = [1, 3, 4]
    value = [15, 20, 30]
    bagweight = 4

    result = backPack(weight, value, bagweight)
    print(result)

n 个物品和一个大小为 m 的背包. 给定数组 A 表示每个物品的大小和数组 V 表示每个物品的价值. 问最多能装入背包的总价值是多大?

思路:dp(i, j) 为前 i 个物品,装入 j 背包的最大价值

class Solution:
    def backPackII(self, m, A, V):
        
        n = len(A)
        
        dp = [0] * (m + 1)
        dp_new = [0] * (m + 1)
        
        for i in range(n):
            for j in range(1, m + 1):
                use_Ai = 0 if j - A[i] < 0 else dp[j - A[i]] + V[i] # previous problem is a special case of this problem that V(i) = A(i)
                dp_new[j] = max(dp[j], use_Ai)
            
            dp, dp_new = dp_new, dp
        
        return dp[-1]

补充

最大乘积子串

处理负数情况稍微有点复杂,注意需要同时 DP 正数乘积和负数乘积

class Solution:
    def maxProduct(self, nums: List[int]) -> int:
        
        max_product = float('-inf')

        dp_pos, dp_neg = 0, 0
        
        for num in nums:
            if num > 0:
                dp_pos, dp_neg = max(num, num * dp_pos), dp_neg * num
            else:
                dp_pos, dp_neg = dp_neg * num, min(num, dp_pos * num)
            
            if dp_pos != 0:
                max_product = max(max_product, dp_pos)
            elif dp_neg != 0:
                max_product = max(max_product, dp_neg)
            else:
                max_product = max(max_product, 0)
            
        return max_product

1 到 26 分别对应 a 到 z,给定输入数字串,问总共有多少种译码方法

常规 DP 题,注意处理edge case即可

class Solution:
    def numDecodings(self, s: str) -> int:
        
        def valid_2(i):
            if i < 1:
                return 0
            num = int(s[i-1:i+1])
            return int(num > 9 and num < 27)
        
        dp_1, dp_2 = 1, 0
        for i in range(len(s)):
            dp_1, dp_2 = dp_1 * int(s[i] != '0') + dp_2 * valid_2(i), dp_1
        
        return dp_1

给定股票每天的价格,每天可以买入卖出,买入后必须卖出才可以进行下一次购买,卖出后一天不可以购买,问可以获得的最大利润

经典的维特比译码类问题,找到状态空间和状态转移关系即可

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        
        buy, buy_then_nothing, sell, sell_then_nothing = float('-inf'), float('-inf'), float('-inf'), 0
        
        for p in prices:
            buy, buy_then_nothing, sell, sell_then_nothing = sell_then_nothing - p, max(buy, buy_then_nothing), max(buy, buy_then_nothing) + p, max(sell, sell_then_nothing)
        
        return max(buy, buy_then_nothing, sell, sell_then_nothing)
class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        n = len(prices)
        if n < 2:
            return 0
        buy = [0] * n
        sell = [0] * n
        sell_s = [0] * n
        buy[0] = -prices[0]
        for i in range(1, n):
            buy[i] = max(buy[i-1], sell[i-1] - prices[i])
            sell_s[i] = buy[i-1] + prices[i]
            sell[i] = max(sell_s[i-1], sell[i-1])
        return max(sell[-1], sell_s[-1])

给定字符串和可选的单词列表,求字符串所有的分割方式

思路:此题 DP 解法容易想但并不是好做法,因为和 word-break 不同,此题需要返回所有可行分割而不是找到一组就可以。这里使用 个人推荐 backtrack with memoization。

class Solution:
    def wordBreak(self, s: str, wordDict: List[str]) -> List[str]:
        
        n = len(s)
        result = []
        mem = collections.defaultdict(list)
        wordDict = set(wordDict)
        
        def backtrack(first=0, route=[]):
            if first == n:
                result.append(' '.join(route))
                return True
            
            if first not in mem:
                for next_first in range(first + 1, n + 1):
                    if s[first:next_first] in wordDict:
                        route.append(s[first:next_first])
                        if backtrack(next_first, route):
                            mem[first].append(next_first)
                        route.pop()
                if len(mem[first]) > 0:
                    return True
            elif len(mem[first]) > 0:
                for next_first in mem[first]:
                    route.append(s[first:next_first])
                    backtrack(next_first)
                    route.pop()
                return True
            
            return False
        
        backtrack()
        return result

n 个气球排成一行,每个气球上有一个分数,每次戳爆一个气球得分为该气球分数和相邻两气球分数的乘积,求最大得分

此题主要难点是构造 DP 的状态,过程为逆着气球戳爆的顺序

class Solution:
    def maxCoins(self, nums: List[int]) -> int:
        
        n = len(nums)
        nums.append(1)
        dp = [[0] * (n + 1) for _ in range(n + 1)]
        
        for dist in range(2, n + 2):
            for left in range(-1, n - dist + 1):
                right = left + dist
                max_coin = float('-inf')
                left_right = nums[left] * nums[right]
                for j in range(left + 1, right):
                    max_coin = max(max_coin, left_right * nums[j] + dp[left][j] + dp[j][right])
                dp[left][right] = max_coin
        nums.pop()
        return dp[-1][n]
  1. 买卖股票的最佳时机 给定一个数组 prices ,它的第 i 个元素 prices[i] 表示一支给定股票第 i 天的价格。

只能选择 某一天 买入这只股票,并选择在 未来的某一个不同的日子 卖出该股票。设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。

返回可以从这笔交易中获取的最大利润。如果你不能获取任何利润,返回 0 。

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        buy = float("inf")
        sell = 0
        for day in prices:
            buy = min(buy, day)
            sell = max(sell, day - buy)
        return sell
  1. 买卖股票的最佳时机 II 给定一个数组 prices ,其中 prices[i] 是一支给定股票第 i 天的价格。

设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。你可以尽可能地完成更多的交易(多次买卖一支股票)。

注意:你不能同时参与多笔交易(你必须在再次购买前出售掉之前的股票)。

class Solution(object):
    def maxProfit(self, prices):
        """
        :type prices: List[int]
        :rtype: int
        """
        length = len(prices)
        dp = [[0,0] for _ in range(length)]
        dp[0][0] = 0
        dp[0][1] = -prices[0]
        for i in range(1, length):
            dp[i][0] = max(dp[i-1][0],dp[i-1][1] + prices[i])
            dp[i][1] = max(dp[i-1][0]-prices[i],dp[i-1][1])
        return max(dp[-1][0],dp[-1][1])
class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        profit = 0
        for i in range(1, len(prices)):
            tmp = prices[i] - prices[i - 1]
            if tmp > 0: profit += tmp
        return profit
  1. 买卖股票的最佳时机 III 给定一个数组,它的第 i 个元素是一支给定的股票在第 i 天的价格。

设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。你最多可以完成 两笔 交易。

注意:你不能同时参与多笔交易(你必须在再次购买前出售掉之前的股票)。

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        n = len(prices)
        buy1 = buy2 = -prices[0]
        sell1 = sell2 = 0
        for i in range(1, n):
            buy1 = max(buy1, -prices[i])
            sell1 = max(sell1, buy1 + prices[i])
            buy2 = max(buy2, sell1 - prices[i])
            sell2 = max(sell2, buy2 + prices[i])
        return sell2
  1. 买卖股票的最佳时机 IV 给定一个整数数组 prices ,它的第 i 个元素 prices[i] 是一支给定的股票在第 i 天的价格。

设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。你最多可以完成 k 笔交易。

注意:你不能同时参与多笔交易(你必须在再次购买前出售掉之前的股票)。

class Solution:
    def maxProfit(self, k: int, prices: List[int]) -> int:
        days = len(prices)
        profit = 0
        if days < 2:
            return profit
        if k >= days:
            for day in range(1, days):
                if prices[day] > prices[day-1]:
                    profit += (prices[day] - prices[day-1])
            return profit
        buy = [float("-inf")]* (k+1)
        sell = [0]* (k+1)
        for i in range(days):
            for j in range(1, k+1):
                buy[j] = max(buy[j], sell[j-1]-prices[i])
                sell[j] = max(sell[j], buy[j]+prices[i])
        return sell[-1]

给定一个整数数组 prices,其中第 i 个元素代表了第 i 天的股票价格 ;整数 fee 代表了交易股票的手续费用。

你可以无限次地完成交易,但是你每笔交易都需要付手续费。如果你已经购买了一个股票,在卖出它之前你就不能再继续购买股票了。

返回获得利润的最大值。

注意:这里的一笔交易指买入持有并卖出股票的整个过程,每笔交易你只需要为支付一次手续费。

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int], fee: int) -> int:
        n = len(prices)
        dp = [[0, -prices[0]]] + [[0, 0] for _ in range(n - 1)]
        for i in range(1, n):
            dp[i][0] = max(dp[i - 1][0], dp[i - 1][1] + prices[i] - fee)
            dp[i][1] = max(dp[i - 1][1], dp[i - 1][0] - prices[i])
        return dp[n - 1][0]
  1. 最佳买卖股票时机含冷冻期 给定一个整数数组,其中第 i 个元素代表了第 i 天的股票价格 。​

设计一个算法计算出最大利润。在满足以下约束条件下,你可以尽可能地完成更多的交易(多次买卖一支股票):

你不能同时参与多笔交易(你必须在再次购买前出售掉之前的股票)。 卖出股票后,你无法在第二天买入股票 (即冷冻期为 1 天)。

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        n = len(prices)
        if n < 2:
            return 0
        buy = [0] * n
        sell = [0] * n
        sell_s = [0] * n
        buy[0] = -prices[0]
        for i in range(1, n):
            buy[i] = max(buy[i-1], sell[i-1] - prices[i])
            sell_s[i] = buy[i-1] + prices[i]
            sell[i] = max(sell_s[i-1], sell[i-1])
        return max(sell[-1], sell_s[-1])

练习

Matrix DP (10%)

Sequence (40%)

Two Sequences DP (40%)

Backpack & Coin Change (10%)

Others

X Tutup