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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>
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Ikko Eltociear Ashimine
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@ -0,0 +1,42 @@
/**
* File: climbing_stairs_backtrack.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* バックトラッキング */
void backtrack(vector<int> &choices, int state, int n, vector<int> &res) {
// n段目に到達したとき、解の数に1を加える
if (state == n)
res[0]++;
// すべての選択肢を走査
for (auto &choice : choices) {
// 剪定n段を超えて登ることを許可しない
if (state + choice > n)
continue;
// 試行:選択を行い、状態を更新
backtrack(choices, state + choice, n, res);
// 撤回
}
}
/* 階段登り:バックトラッキング */
int climbingStairsBacktrack(int n) {
vector<int> choices = {1, 2}; // 1段または2段登ることを選択可能
int state = 0; // 0段目から登り始める
vector<int> res = {0}; // res[0] を使用して解の数を記録
backtrack(choices, state, n, res);
return res[0];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsBacktrack(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,37 @@
/**
* File: climbing_stairs_constraint_dp.cpp
* Created Time: 2023-07-01
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 制約付き階段登り:動的プログラミング */
int climbingStairsConstraintDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2) {
return 1;
}
// DPテーブルを初期化し、部分問題の解を格納するために使用
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(3, 0));
// 初期状態:最小の部分問題の解を事前設定
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状態遷移:小さな問題から大きな部分問題を段階的に解く
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsConstraintDP(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,32 @@
/**
* File: climbing_stairs_dfs.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 探索 */
int dfs(int i) {
// 既知の dp[1] と dp[2] を返す
if (i == 1 || i == 2)
return i;
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
int count = dfs(i - 1) + dfs(i - 2);
return count;
}
/* 階段登り:探索 */
int climbingStairsDFS(int n) {
return dfs(n);
}
/* ドライバーコード */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDFS(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
return 0;
}

View File

@ -0,0 +1,39 @@
/**
* File: climbing_stairs_dfs_mem.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* メモ化探索 */
int dfs(int i, vector<int> &mem) {
// 既知の dp[1] と dp[2] を返す
if (i == 1 || i == 2)
return i;
// dp[i] の記録がある場合、それを返す
if (mem[i] != -1)
return mem[i];
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
int count = dfs(i - 1, mem) + dfs(i - 2, mem);
// dp[i] を記録
mem[i] = count;
return count;
}
/* 階段登り:メモ化探索 */
int climbingStairsDFSMem(int n) {
// mem[i] は i 段目に登る総解数を記録、-1 は記録なしを意味する
vector<int> mem(n + 1, -1);
return dfs(n, mem);
}
/* ドライバーコード */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDFSMem(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
return 0;
}

View File

@ -0,0 +1,49 @@
/**
* File: climbing_stairs_dp.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 階段登り:動的プログラミング */
int climbingStairsDP(int n) {
if (n == 1 || n == 2)
return n;
// DPテーブルを初期化し、部分問題の解を格納するために使用
vector<int> dp(n + 1);
// 初期状態:最小の部分問題の解を事前設定
dp[1] = 1;
dp[2] = 2;
// 状態遷移:小さな問題から大きな部分問題を段階的に解く
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
}
return dp[n];
}
/* 階段登り:空間最適化動的プログラミング */
int climbingStairsDPComp(int n) {
if (n == 1 || n == 2)
return n;
int a = 1, b = 2;
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = a + b;
a = tmp;
}
return b;
}
/* ドライバーコード */
int main() {
int n = 9;
int res = climbingStairsDP(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
res = climbingStairsDPComp(n);
cout << n << "段の階段を登る解は" << res << "通りです" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,70 @@
/**
* File: coin_change.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 硬貨両替:動的プログラミング */
int coinChangeDP(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
int MAX = amt + 1;
// DPテーブルを初期化
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(amt + 1, 0));
// 状態遷移:最初の行と最初の列
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
dp[0][a] = MAX;
}
// 状態遷移:残りの行と列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 目標金額を超える場合、硬貨 i を選択しない
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 選択しない場合と硬貨 i を選択する場合のより小さい値
dp[i][a] = min(dp[i - 1][a], dp[i][a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[n][amt] != MAX ? dp[n][amt] : -1;
}
/* 硬貨両替:空間最適化動的プログラミング */
int coinChangeDPComp(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
int MAX = amt + 1;
// DPテーブルを初期化
vector<int> dp(amt + 1, MAX);
dp[0] = 0;
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 目標金額を超える場合、硬貨 i を選択しない
dp[a] = dp[a];
} else {
// 選択しない場合と硬貨 i を選択する場合のより小さい値
dp[a] = min(dp[a], dp[a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[amt] != MAX ? dp[amt] : -1;
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<int> coins = {1, 2, 5};
int amt = 4;
// 動的プログラミング
int res = coinChangeDP(coins, amt);
cout << "目標金額を作るのに必要な最小硬貨数は " << res << " です" << endl;
// 空間最適化動的プログラミング
res = coinChangeDPComp(coins, amt);
cout << "目標金額を作るのに必要な最小硬貨数は " << res << " です" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,68 @@
/**
* File: coin_change_ii.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 硬貨両替 II動的プログラミング */
int coinChangeIIDP(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
// DPテーブルを初期化
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(amt + 1, 0));
// 最初の列を初期化
for (int i = 0; i <= n; i++) {
dp[i][0] = 1;
}
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 目標金額を超える場合、硬貨 i を選択しない
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 選択しない場合と硬貨 i を選択する場合の2つの選択肢の合計
dp[i][a] = dp[i - 1][a] + dp[i][a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[n][amt];
}
/* 硬貨両替 II空間最適化動的プログラミング */
int coinChangeIIDPComp(vector<int> &coins, int amt) {
int n = coins.size();
// DPテーブルを初期化
vector<int> dp(amt + 1, 0);
dp[0] = 1;
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 目標金額を超える場合、硬貨 i を選択しない
dp[a] = dp[a];
} else {
// 選択しない場合と硬貨 i を選択する場合の2つの選択肢の合計
dp[a] = dp[a] + dp[a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[amt];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<int> coins = {1, 2, 5};
int amt = 5;
// 動的プログラミング
int res = coinChangeIIDP(coins, amt);
cout << "目標金額を作る硬貨の組み合わせ数は " << res << " です" << endl;
// 空間最適化動的プログラミング
res = coinChangeIIDPComp(coins, amt);
cout << "目標金額を作る硬貨の組み合わせ数は " << res << " です" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,72 @@
/**
* File: edit_distance.cpp
* Created Time: 2023-07-13
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 編集距離:ブルートフォース探索 */
int editDistanceDFS(string s, string t, int i, int j) {
// s と t の両方が空の場合、0 を返す
if (i == 0 && j == 0)
return 0;
// s が空の場合、t の長さを返す
if (i == 0)
return j;
// t が空の場合、s の長さを返す
if (j == 0)
return i;
// 2つの文字が等しい場合、これら2つの文字をスキップ
if (s[i - 1] == t[j - 1])
return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 最小編集数 = 3つの操作挿入、削除、置換からの最小編集数 + 1
int insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
int del = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
int replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 最小編集数を返す
return min(min(insert, del), replace) + 1;
}
/* 編集距離:動的プログラミング */
int editDistanceDP(string s, string t) {
int n = s.length(), m = t.length();
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(m + 1, 0));
// 状態遷移:最初の行と最初の列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (int j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状態遷移:残りの行と列
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= m; j++) {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 2つの文字が等しい場合、これら2つの文字をスキップ
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最小編集数 = 3つの操作挿入、削除、置換からの最小編集数 + 1
dp[i][j] = min(min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
string s = "bag";
string t = "pack";
int n = s.length(), m = t.length();
// ブルートフォース探索
int res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
cout << s << "" << t << " に変更するには最低 " << res << " 回の編集が必要です" << endl;
// 動的プログラミング
res = editDistanceDP(s, t);
cout << s << "" << t << " に変更するには最低 " << res << " 回の編集が必要です" << endl;
return 0;
}

View File

@ -0,0 +1,84 @@
/**
* File: knapsack.cpp
* Created Time: 2023-07-10
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 0-1 ナップサック:ブルートフォース探索 */
int knapsackDFS(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int i, int c) {
// すべてのアイテムが選択されたか、ナップサックに残り容量がない場合、値 0 を返す
if (i == 0 || c == 0) {
return 0;
}
// ナップサックの容量を超える場合、ナップサックに入れないことしか選択できない
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
}
// アイテム i を入れない場合と入れる場合の最大値を計算
int no = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
int yes = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// 2つの選択肢のより大きい値を返す
return max(no, yes);
}
/* 0-1 ナップサック:動的プログラミング */
int knapsackDP(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// DPテーブルを初期化
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(cap + 1, 0));
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサックの容量を超える場合、アイテム i を選択しない
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 選択しない場合とアイテム i を選択する場合のより大きい値
dp[i][c] = max(dp[i - 1][c], dp[i - 1][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 0-1 ナップサック:空間最適化動的プログラミング */
int knapsackDPComp(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// DPテーブルを初期化
vector<int> dp(cap + 1, 0);
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
// 逆順で走査
for (int c = cap; c >= 1; c--) {
if (wgt[i - 1] <= c) {
// 選択しない場合とアイテム i を選択する場合のより大きい値
dp[c] = max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<int> wgt = {10, 20, 30, 40, 50};
vector<int> val = {50, 120, 150, 210, 240};
int cap = 50;
int n = wgt.size();
// ブルートフォース探索
int res = knapsackDFS(wgt, val, n, cap);
cout << "ナップサック容量内での最大値は " << res << " です" << endl;
// 動的プログラミング
res = knapsackDP(wgt, val, cap);
cout << "ナップサック容量内での最大値は " << res << " です" << endl;
// 空間最適化動的プログラミング
res = knapsackDPComp(wgt, val, cap);
cout << "ナップサック容量内での最大値は " << res << " です" << endl;
return 0;
}

View File

@ -0,0 +1,57 @@
/**
* File: min_cost_climbing_stairs_dp.cpp
* Created Time: 2023-06-30
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 最小コスト階段登り:動的プログラミング */
int minCostClimbingStairsDP(vector<int> &cost) {
int n = cost.size() - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
// DPテーブルを初期化し、部分問題の解を格納するために使用
vector<int> dp(n + 1);
// 初期状態:最小の部分問題の解を事前設定
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状態遷移:小さな問題から大きな部分問題を段階的に解く
for (int i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
/* 最小コスト階段登り:空間最適化動的プログラミング */
int minCostClimbingStairsDPComp(vector<int> &cost) {
int n = cost.size() - 1;
if (n == 1 || n == 2)
return cost[n];
int a = cost[1], b = cost[2];
for (int i = 3; i <= n; i++) {
int tmp = b;
b = min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<int> cost = {0, 1, 10, 1, 1, 1, 10, 1, 1, 10, 1};
cout << "階段のコストリストを [";
for (int i = 0; i < cost.size(); i++) {
cout << cost[i];
if (i < cost.size() - 1) cout << ", ";
}
cout << "] として入力" << endl;
int res = minCostClimbingStairsDP(cost);
cout << "階段を登るための最小コスト " << res << endl;
res = minCostClimbingStairsDPComp(cost);
cout << "階段を登るための最小コスト " << res << endl;
return 0;
}

View File

@ -0,0 +1,68 @@
/**
* File: min_path_sum.cpp
* Created Time: 2023-07-10
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 最小パス和:ブルートフォース探索 */
int minPathSumDFS(vector<vector<int>> &grid, int i, int j) {
// 左上のセルの場合、探索を終了
if (i == 0 && j == 0) {
return grid[0][0];
}
// 行または列のインデックスが範囲外の場合、+∞ のコストを返す
if (i < 0 || j < 0) {
return INT_MAX;
}
// 左上から (i-1, j) と (i, j-1) への最小パスコストを計算
int up = minPathSumDFS(grid, i - 1, j);
int left = minPathSumDFS(grid, i, j - 1);
// 左上から (i, j) への最小パスコストを返す
return min(left, up) + grid[i][j];
}
/* 最小パス和:動的プログラミング */
int minPathSumDP(vector<vector<int>> &grid) {
int n = grid.size(), m = grid[0].size();
// DPテーブルを初期化
vector<vector<int>> dp(n, vector<int>(m));
dp[0][0] = grid[0][0];
// 状態遷移:最初の行
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j];
}
// 状態遷移:最初の列
for (int i = 1; i < n; i++) {
dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
}
// 状態遷移:残りの行と列
for (int i = 1; i < n; i++) {
for (int j = 1; j < m; j++) {
dp[i][j] = min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[n - 1][m - 1];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<vector<int>> grid = {
{1, 3, 1, 5},
{2, 2, 4, 2},
{5, 3, 2, 1},
{4, 3, 5, 2}
};
int n = grid.size(), m = grid[0].size();
// ブルートフォース探索
int res = minPathSumDFS(grid, n - 1, m - 1);
cout << "左上角から右下角への最小パス和は " << res << " です" << endl;
// 動的プログラミング
res = minPathSumDP(grid);
cout << "左上角から右下角への最小パス和は " << res << " です" << endl;
return 0;
}

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@ -0,0 +1,64 @@
/**
* File: unbounded_knapsack.cpp
* Created Time: 2023-07-11
* Author: krahets (krahets@163.com)
*/
#include "../utils/common.hpp"
/* 完全ナップサック:動的プログラミング */
int unboundedKnapsackDP(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// DPテーブルを初期化
vector<vector<int>> dp(n + 1, vector<int>(cap + 1, 0));
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサックの容量を超える場合、アイテム i を選択しない
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 選択しない場合とアイテム i を選択する場合のより大きい値
dp[i][c] = max(dp[i - 1][c], dp[i][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 完全ナップサック:空間最適化動的プログラミング */
int unboundedKnapsackDPComp(vector<int> &wgt, vector<int> &val, int cap) {
int n = wgt.size();
// DPテーブルを初期化
vector<int> dp(cap + 1, 0);
// 状態遷移
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサックの容量を超える場合、アイテム i を選択しない
dp[c] = dp[c];
} else {
// 選択しない場合とアイテム i を選択する場合のより大きい値
dp[c] = max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* ドライバーコード */
int main() {
vector<int> wgt = {1, 2, 3};
vector<int> val = {5, 11, 15};
int cap = 4;
// 動的プログラミング
int res = unboundedKnapsackDP(wgt, val, cap);
cout << "ナップサック容量内での最大値は " << res << " です" << endl;
// 空間最適化動的プログラミング
res = unboundedKnapsackDPComp(wgt, val, cap);
cout << "ナップサック容量内での最大値は " << res << " です" << endl;
return 0;
}