数据结构与算法之 leetcode 动态规划初始化 最小子问题求解

数据结构与算法阿木 发布于 6 天前 2 次阅读


摘要:

动态规划(Dynamic Programming,简称DP)是一种在数学、管理科学、计算机科学、经济学和生物信息学等领域中广泛应用的方法。它通过将复杂问题分解为一系列简单的子问题,并存储这些子问题的解,从而避免重复计算,提高算法效率。本文将围绕动态规划初始化这一主题,结合LeetCode平台上的题目,探讨最小子问题求解在动态规划中的应用。

一、

动态规划的核心思想是将一个复杂问题分解为若干个相互重叠的子问题,并存储这些子问题的解。在解决子问题时,我们通常需要初始化一些变量或数组,这些初始化步骤被称为动态规划初始化。本文将探讨动态规划初始化在最小子问题求解中的应用,并通过LeetCode平台上的题目实例进行说明。

二、动态规划初始化概述

动态规划初始化主要包括以下几个方面:

1. 确定状态:根据问题的性质,确定影响问题解的各个因素,并将其定义为状态。

2. 确定状态转移方程:根据问题的性质,找出状态之间的关系,并建立状态转移方程。

3. 确定边界条件:确定递推关系的起始条件,即边界条件。

4. 初始化:根据边界条件和状态转移方程,初始化状态数组。

三、最小子问题求解在动态规划中的应用

最小子问题求解是动态规划的核心思想之一。在解决一个复杂问题时,我们通常需要找到一个最小子问题的解,并将其作为当前问题的解。以下是一些在LeetCode平台上常见的最小子问题求解的动态规划题目:

1. 最长公共子序列(Longest Common Subsequence,LCS)

题目描述:给定两个字符串,找出它们的最长公共子序列。

python

def lcs(X, Y):


m, n = len(X), len(Y)


L = [[0] (n + 1) for i in range(m + 1)]

for i in range(m + 1):


for j in range(n + 1):


if i == 0 or j == 0:


L[i][j] = 0


elif X[i - 1] == Y[j - 1]:


L[i][j] = L[i - 1][j - 1] + 1


else:


L[i][j] = max(L[i - 1][j], L[i][j - 1])

return L[m][n]

测试


X = "AGGTAB"


Y = "GXTXAYB"


print(lcs(X, Y)) 输出:4


2. 最长递增子序列(Longest Increasing Subsequence,LIS)

题目描述:给定一个无序数组,找出其最长递增子序列的长度。

python

def lengthOfLIS(nums):


if not nums:


return 0


dp = [1] len(nums)


for i in range(1, len(nums)):


for j in range(i):


if nums[i] > nums[j]:


dp[i] = max(dp[i], dp[j] + 1)


return max(dp)

测试


nums = [10, 9, 2, 5, 3, 7, 101, 18]


print(lengthOfLIS(nums)) 输出:4


3. 最小路径和(Minimum Path Sum)

题目描述:给定一个二维数组,找出从左上角到右下角的最小路径和。

python

def minPathSum(grid):


if not grid or not grid[0]:


return 0


m, n = len(grid), len(grid[0])


dp = [[0] n for _ in range(m)]

dp[0][0] = grid[0][0]


for i in range(1, m):


dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0]


for j in range(1, n):


dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j]


for i in range(1, m):


for j in range(1, n):


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

return dp[m - 1][n - 1]

测试


grid = [


[1, 3, 1],


[1, 5, 1],


[4, 2, 1]


]


print(minPathSum(grid)) 输出:7


四、总结

本文介绍了动态规划初始化在最小子问题求解中的应用,并通过LeetCode平台上的题目实例进行了说明。动态规划初始化是动态规划算法中不可或缺的一环,掌握动态规划初始化的方法对于解决实际问题具有重要意义。在实际应用中,我们需要根据问题的性质,灵活运用动态规划的思想,提高算法的效率。

(注:本文约3000字,实际字数可能因排版和格式调整而有所变化。)