diff --git a/README.md b/README.md index b4e82eb0..58f71049 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -12,10 +12,10 @@

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# LeetCode 刷题攻略 @@ -302,7 +302,7 @@ 动态规划专题已经开始啦,来不及解释了,小伙伴们上车别掉队! -背包问题大纲 + 1. [关于动态规划,你该了解这些!](./problems/动态规划理论基础.md) 2. [动态规划:斐波那契数](./problems/0509.斐波那契数.md) 3. [动态规划:爬楼梯](./problems/0070.爬楼梯.md) diff --git a/problems/0018.四数之和.md b/problems/0018.四数之和.md index a1591736..0caf12be 100644 --- a/problems/0018.四数之和.md +++ b/problems/0018.四数之和.md @@ -31,38 +31,39 @@ https://leetcode-cn.com/problems/4sum/ # 思路 -四数之和,和[三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/r5cgZFu0tv4grBAexdcd8A)是一个思路,都是使用双指针法, 基本解法就是在[三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/r5cgZFu0tv4grBAexdcd8A) 的基础上再套一层for循环。 +四数之和,和[15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/QfTNEByq1YlNSXRKEumwHg)是一个思路,都是使用双指针法, 基本解法就是在[15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/QfTNEByq1YlNSXRKEumwHg) 的基础上再套一层for循环。 但是有一些细节需要注意,例如: 不要判断`nums[k] > target` 就返回了,三数之和 可以通过 `nums[i] > 0` 就返回了,因为 0 已经是确定的数了,四数之和这道题目 target是任意值。(大家亲自写代码就能感受出来) -[三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/r5cgZFu0tv4grBAexdcd8A)的双指针解法是一层for循环num[i]为确定值,然后循环内有left和right下表作为双指针,找到nums[i] + nums[left] + nums[right] == 0。 +[15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/QfTNEByq1YlNSXRKEumwHg)的双指针解法是一层for循环num[i]为确定值,然后循环内有left和right下表作为双指针,找到nums[i] + nums[left] + nums[right] == 0。 四数之和的双指针解法是两层for循环nums[k] + nums[i]为确定值,依然是循环内有left和right下表作为双指针,找出nums[k] + nums[i] + nums[left] + nums[right] == target的情况,三数之和的时间复杂度是O(n^2),四数之和的时间复杂度是O(n^3) 。 那么一样的道理,五数之和、六数之和等等都采用这种解法。 -对于[三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/r5cgZFu0tv4grBAexdcd8A)双指针法就是将原本暴力O(n^3)的解法,降为O(n^2)的解法,四数之和的双指针解法就是将原本暴力O(n^4)的解法,降为O(n^3)的解法。 +对于[15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/QfTNEByq1YlNSXRKEumwHg)双指针法就是将原本暴力O(n^3)的解法,降为O(n^2)的解法,四数之和的双指针解法就是将原本暴力O(n^4)的解法,降为O(n^3)的解法。 -之前我们讲过哈希表的经典题目:[四数相加II](https://mp.weixin.qq.com/s/Ue8pKKU5hw_m-jPgwlHcbA),相对于本题简单很多,因为本题是要求在一个集合中找出四个数相加等于target,同时四元组不能重复。 +之前我们讲过哈希表的经典题目:[454.四数相加II](https://mp.weixin.qq.com/s/12g_w6RzHuEpFts1pT6BWw),相对于本题简单很多,因为本题是要求在一个集合中找出四个数相加等于target,同时四元组不能重复。 -而[四数相加II](https://mp.weixin.qq.com/s/Ue8pKKU5hw_m-jPgwlHcbA)是四个独立的数组,只要找到A[i] + B[j] + C[k] + D[l] = 0就可以,不用考虑有重复的四个元素相加等于0的情况,所以相对于本题还是简单了不少! +而[454.四数相加II](https://mp.weixin.qq.com/s/12g_w6RzHuEpFts1pT6BWw)是四个独立的数组,只要找到A[i] + B[j] + C[k] + D[l] = 0就可以,不用考虑有重复的四个元素相加等于0的情况,所以相对于本题还是简单了不少! 我们来回顾一下,几道题目使用了双指针法。 双指针法将时间复杂度O(n^2)的解法优化为 O(n)的解法。也就是降一个数量级,题目如下: -* [0027.移除元素](https://mp.weixin.qq.com/s/wj0T-Xs88_FHJFwayElQlA) -* [15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/r5cgZFu0tv4grBAexdcd8A) + +* [27.移除元素](https://mp.weixin.qq.com/s/RMkulE4NIb6XsSX83ra-Ww) +* [15.三数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/QfTNEByq1YlNSXRKEumwHg) * [18.四数之和](https://mp.weixin.qq.com/s/nQrcco8AZJV1pAOVjeIU_g) -双指针来记录前后指针实现链表反转: -* [206.反转链表](https://mp.weixin.qq.com/s/pnvVP-0ZM7epB8y3w_Njwg) +操作链表: -使用双指针来确定有环: +* [206.反转链表](https://mp.weixin.qq.com/s/ckEvIVGcNLfrz6OLOMoT0A) +* [19.删除链表的倒数第N个节点](https://mp.weixin.qq.com/s/gxu65X1343xW_sBrkTz0Eg) +* [面试题 02.07. 链表相交](https://mp.weixin.qq.com/s/BhfFfaGvt9Zs7UmH4YehZw) +* [142题.环形链表II](https://mp.weixin.qq.com/s/gt_VH3hQTqNxyWcl1ECSbQ) -* [142题.环形链表II](https://mp.weixin.qq.com/s/_QVP3IkRZWx9zIpQRgajzA) - -双指针法在数组和链表中还有很多应用,后面还会介绍到。 +双指针法在字符串题目中还有很多应用,后面还会介绍到。 C++代码 diff --git a/problems/0028.实现strStr.md b/problems/0028.实现strStr.md index b8ebcaa1..6f257d5e 100644 --- a/problems/0028.实现strStr.md +++ b/problems/0028.实现strStr.md @@ -61,11 +61,6 @@ KMP的经典思想就是:**当出现字符串不匹配时,可以记录一部 读完本篇可以顺便,把leetcode上28.实现strStr()题目做了。 -如果文字实在看不下去,就看我在B站上的视频吧,如下: - -* [帮你把KMP算法学个通透!(理论篇)B站](https://www.bilibili.com/video/BV1PD4y1o7nd/) -* [帮你把KMP算法学个通透!(求next数组代码篇)B站](https://www.bilibili.com/video/BV1M5411j7Xx/) - # 什么是KMP diff --git a/problems/0454.四数相加II.md b/problems/0454.四数相加II.md index 2c648f58..939ed20d 100644 --- a/problems/0454.四数相加II.md +++ b/problems/0454.四数相加II.md @@ -11,6 +11,7 @@ # 第454题.四数相加II + https://leetcode-cn.com/problems/4sum-ii/ 给定四个包含整数的数组列表 A , B , C , D ,计算有多少个元组 (i, j, k, l) ,使得 A[i] + B[j] + C[k] + D[l] = 0。 @@ -24,10 +25,8 @@ A = [ 1, 2] B = [-2,-1] C = [-1, 2] D = [ 0, 2] - 输出: 2 - **解释:** 两个元组如下: 1. (0, 0, 0, 1) -> A[0] + B[0] + C[0] + D[1] = 1 + (-2) + (-1) + 2 = 0 diff --git a/problems/二叉树的理论基础.md b/problems/二叉树的理论基础.md deleted file mode 100644 index 4b52e511..00000000 --- a/problems/二叉树的理论基础.md +++ /dev/null @@ -1,202 +0,0 @@ -

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- -## 二叉树理论基础 - -我们要开启新的征程了,大家跟上! - -说道二叉树,大家对于二叉树其实都很熟悉了,本文呢我也不想教科书式的把二叉树的基础内容再啰嗦一遍,所以一下我讲的都是一些比较重点的内容。 - -相信只要耐心看完,都会有所收获。 - -## 二叉树的种类 - -在我们解题过程中二叉树有两种主要的形式:满二叉树和完全二叉树。 - -### 满二叉树 - -满二叉树:如果一棵二叉树只有度为0的结点和度为2的结点,并且度为0的结点在同一层上,则这棵二叉树为满二叉树。 - -如图所示: - - - -这棵二叉树为满二叉树,也可以说深度为 k,有 $(2^k)-1$ 个节点的二叉树。 - - -### 完全二叉树 - -什么是完全二叉树? - -完全二叉树的定义如下:在完全二叉树中,除了最底层节点可能没填满外,其余每层节点数都达到最大值,并且最下面一层的节点都集中在该层最左边的若干位置。若最底层为第 h 层,则该层包含 1 ~ $2^{(h-1)}$  个节点。 - -**大家要自己看完全二叉树的定义,很多同学对完全二叉树其实不是真正的懂了。** - -我来举一个典型的例子如题: - - - -相信不少同学最后一个二叉树是不是完全二叉树都中招了。 - -**之前我们刚刚讲过优先级队列其实是一个堆,堆就是一棵完全二叉树,同时保证父子节点的顺序关系。** - -### 二叉搜索树 - -前面介绍的书,都没有数值的,而二叉搜索树是有数值的了,**二叉搜索树是一个有序树**。 - - -* 若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于它的根结点的值; -* 若它的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于它的根结点的值; -* 它的左、右子树也分别为二叉排序树 - -下面这两棵树都是搜索树 - - - -### 平衡二叉搜索树 - -平衡二叉搜索树:又被称为AVL(Adelson-Velsky and Landis)树,且具有以下性质:它是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1,并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。 - -如图: - - - -最后一棵 不是平衡二叉树,因为它的左右两个子树的高度差的绝对值超过了1。 - -**C++中map、set、multimap,multiset的底层实现都是平衡二叉搜索树**,所以map、set的增删操作时间时间复杂度是logn,注意我这里没有说unordered_map、unordered_set,unordered_map、unordered_map底层实现是哈希表。 - -**所以大家使用自己熟悉的编程语言写算法,一定要知道常用的容器底层都是如何实现的,最基本的就是map、set等等,否则自己写的代码,自己对其性能分析都分析不清楚!** - - -## 二叉树的存储方式 - -**二叉树可以链式存储,也可以顺序存储。** - -那么链式存储方式就用指针, 顺序存储的方式就是用数组。 - -顾名思义就是顺序存储的元素在内存是连续分布的,而链式存储则是通过指针把分布在散落在各个地址的节点串联一起。 - -链式存储如图: - - - -链式存储是大家很熟悉的一种方式,那么我们来看看如何顺序存储呢? - -其实就是用数组来存储二叉树,顺序存储的方式如图: - - - -用数组来存储二叉树如何遍历的呢? - -**如果父节点的数组下标是 i,那么它的左孩子就是 i * 2 + 1,右孩子就是 i * 2 + 2。** - -但是用链式表示的二叉树,更有利于我们理解,所以一般我们都是用链式存储二叉树。 - -**所以大家要了解,用数组依然可以表示二叉树。** - -## 二叉树的遍历方式 - -关于二叉树的遍历方式,要知道二叉树遍历的基本方式都有哪些。 - -一些同学用做了很多二叉树的题目了,可能知道前序、中序、后序遍历,可能知道层序遍历,但是却没有框架。 - -我这里把二叉树的几种遍历方式列出来,大家就可以一一串起来了。 - -二叉树主要有两种遍历方式: -1. 深度优先遍历:先往深走,遇到叶子节点再往回走。 -2. 广度优先遍历:一层一层的去遍历。 - -**这两种遍历是图论中最基本的两种遍历方式**,后面在介绍图论的时候 还会介绍到。 - -那么从深度优先遍历和广度优先遍历进一步拓展,才有如下遍历方式: - -* 深度优先遍历 - * 前序遍历(递归法,迭代法) - * 中序遍历(递归法,迭代法) - * 后序遍历(递归法,迭代法) -* 广度优先遍历 - * 层次遍历(迭代法) - - -在深度优先遍历中:有三个顺序,前序、中序、后序遍历, 有同学总分不清这三个顺序,经常搞混,我这里教大家一个技巧。 - -**这里前、中、后,其实指的就是中间节点的遍历顺序**,只要大家记住 前序、中序、后序指的就是中间节点的位置就可以了。 - -看如下中间节点的顺序,就可以发现,中间节点的顺序就是所谓的遍历方式 - -* 前序遍历:中左右 -* 中序遍历:左中右 -* 后序遍历:左右中 - -大家可以对着如下图,看看自己理解的前后中序有没有问题。 - - - -最后再说一说二叉树中深度优先和广度优先遍历实现方式,我们做二叉树相关题目,经常会使用递归的方式来实现深度优先遍历,也就是实现前序、中序、后序遍历,使用递归是比较方便的。 - -**之前我们讲栈与队列的时候,就说过栈其实就是递归的一种是实现结构**,也就说前序、中序、后序遍历的逻辑其实都是可以借助栈使用非递归的方式来实现的。 - -而广度优先遍历的实现一般使用队列来实现,这也是队列先进先出的特点所决定的,因为需要先进先出的结构,才能一层一层的来遍历二叉树。 - -**这里其实我们又了解了栈与队列的一个应用场景了。** - -具体的实现我们后面都会讲的,这里大家先要清楚这些理论基础。 - -## 二叉树的定义 - -刚刚我们说过了二叉树有两种存储方式顺序存储,和链式存储,顺序存储就是用数组来存,这个定义没啥可说的,我们来看看链式存储的二叉树节点的定义方式。 - - -C++代码如下: - -``` -struct TreeNode { - int val; - TreeNode *left; - TreeNode *right; - TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {} -}; -``` - -大家会发现二叉树的定义 和链表是差不多的,相对于链表 ,二叉树的节点里多了一个指针, 有两个指针,指向左右孩子. - -这里要提醒大家要注意二叉树节点定义的书写方式。 - -**在现场面试的时候 面试官可能要求手写代码,所以数据结构的定义以及简单逻辑的代码一定要锻炼白纸写出来。** - -因为我们在刷leetcode的时候,节点的定义默认都定义好了,真到面试的时候,需要自己写节点定义的时候,有时候会一脸懵逼! - -## 总结 - -二叉树是一种基础数据结构,在算法面试中都是常客,也是众多数据结构的基石。 - -本篇我们介绍了二叉树的种类、存储方式、遍历方式以及定义,比较全面的介绍了二叉树各个方面的重点,帮助大家扫一遍基础。 - -**说道二叉树,就不得不说递归,很多同学对递归都是又熟悉又陌生,递归的代码一般很简短,但每次都是一看就会,一写就废。** - - - -## 其他语言版本 - - -Java: - - -Python: - - -Go: - - - - ------------------------ -* 作者微信:[程序员Carl](https://mp.weixin.qq.com/s/b66DFkOp8OOxdZC_xLZxfw) -* B站视频:[代码随想录](https://space.bilibili.com/525438321) -* 知识星球:[代码随想录](https://mp.weixin.qq.com/s/QVF6upVMSbgvZy8lHZS3CQ) -
diff --git a/problems/背包理论基础01背包-一维DP.md b/problems/背包理论基础01背包-一维DP.md deleted file mode 100644 index 47f489ea..00000000 --- a/problems/背包理论基础01背包-一维DP.md +++ /dev/null @@ -1,231 +0,0 @@ -

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- -# 动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组) - -昨天[动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!](https://mp.weixin.qq.com/s/FwIiPPmR18_AJO5eiidT6w)中是用二维dp数组来讲解01背包。 - -今天我们就来说一说滚动数组,其实在前面的题目中我们已经用到过滚动数组了,就是把二维dp降为一维dp,一些录友当时还表示比较困惑。 - -那么我们通过01背包,来彻底讲一讲滚动数组! - -接下来还是用如下这个例子来进行讲解 - -背包最大重量为4。 - -物品为: - -| | 重量 | 价值 | -| --- | --- | --- | -| 物品0 | 1 | 15 | -| 物品1 | 3 | 20 | -| 物品2 | 4 | 30 | - -问背包能背的物品最大价值是多少? - -## 一维dp数组(滚动数组) - -对于背包问题其实状态都是可以压缩的。 - -在使用二维数组的时候,递推公式:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); - -**其实可以发现如果把dp[i - 1]那一层拷贝到dp[i]上,表达式完全可以是:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i][j - weight[i]] + value[i]);** - -**于其把dp[i - 1]这一层拷贝到dp[i]上,不如只用一个一维数组了**,只用dp[j](一维数组,也可以理解是一个滚动数组)。 - -这就是滚动数组的由来,需要满足的条件是上一层可以重复利用,直接拷贝到当前层。 - -读到这里估计大家都忘了 dp[i][j]里的i和j表达的是什么了,i是物品,j是背包容量。 - -**dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少**。 - -一定要时刻记住这里i和j的含义,要不然很容易看懵了。 - -动规五部曲分析如下: - -1. 确定dp数组的定义 - -在一维dp数组中,dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j]。 - -2. 一维dp数组的递推公式 - -dp[j]为 容量为j的背包所背的最大价值,那么如何推导dp[j]呢? - -dp[j]可以通过dp[j - weight[j]]推导出来,dp[j - weight[i]]表示容量为j - weight[i]的背包所背的最大价值。 - -dp[j - weight[i]] + value[i] 表示 容量为 j - 物品i重量 的背包 加上 物品i的价值。(也就是容量为j的背包,放入物品i了之后的价值即:dp[j]) - -此时dp[j]有两个选择,一个是取自己dp[j],一个是取dp[j - weight[i]] + value[i],指定是取最大的,毕竟是求最大价值, - -所以递归公式为: - -``` -dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); -``` - -可以看出相对于二维dp数组的写法,就是把dp[i][j]中i的维度去掉了。 - -3. 一维dp数组如何初始化 - -**关于初始化,一定要和dp数组的定义吻合,否则到递推公式的时候就会越来越乱**。 - -dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j],那么dp[0]就应该是0,因为背包容量为0所背的物品的最大价值就是0。 - -那么dp数组除了下标0的位置,初始为0,其他下标应该初始化多少呢? - -看一下递归公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); - -dp数组在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了,如果题目给的价值有负数,那么非0下标就要初始化为负无穷。 - -**这样才能让dp数组在递归公式的过程中取的最大的价值,而不是被初始值覆盖了**。 - -那么我假设物品价值都是大于0的,所以dp数组初始化的时候,都初始为0就可以了。 - -4. 一维dp数组遍历顺序 - -代码如下: - -``` -for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量 - dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); - - } -} -``` - -**这里大家发现和二维dp的写法中,遍历背包的顺序是不一样的!** - -二维dp遍历的时候,背包容量是从小到大,而一维dp遍历的时候,背包是从大到小。 - -为什么呢? - -**倒叙遍历是为了保证物品i只被放入一次!**,在[动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!](https://mp.weixin.qq.com/s/FwIiPPmR18_AJO5eiidT6w)中讲解二维dp数组初始化dp[0][j]时候已经讲解到过一次。 - -举一个例子:物品0的重量weight[0] = 1,价值value[0] = 15 - -如果正序遍历 - -dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15 - -dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 30 - -此时dp[2]就已经是30了,意味着物品0,被放入了两次,所以不能正序遍历。 - -为什么倒叙遍历,就可以保证物品只放入一次呢? - -倒叙就是先算dp[2] - -dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 15 (dp数组已经都初始化为0) - -dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15 - -所以从后往前循环,每次取得状态不会和之前取得状态重合,这样每种物品就只取一次了。 - -**那么问题又来了,为什么二维dp数组历的时候不用倒叙呢?** - -因为对于二维dp,dp[i][j]都是通过上一层即dp[i - 1][j]计算而来,本层的dp[i][j]并不会被覆盖! - -(如何这里读不懂,大家就要动手试一试了,空想还是不靠谱的,实践出真知!) - -**再来看看两个嵌套for循环的顺序,代码中是先遍历物品嵌套遍历背包容量,那可不可以先遍历背包容量嵌套遍历物品呢?** - -不可以! - -因为一维dp的写法,背包容量一定是要倒序遍历(原因上面已经讲了),如果遍历背包容量放在上一层,那么每个dp[j]就只会放入一个物品,即:背包里只放入了一个物品。 - -(这里如果读不懂,就在回想一下dp[j]的定义,或者就把两个for循环顺序颠倒一下试试!) - -**所以一维dp数组的背包在遍历顺序上和二维其实是有很大差异的!**,这一点大家一定要注意。 - -5. 举例推导dp数组 - -一维dp,分别用物品0,物品1,物品2 来遍历背包,最终得到结果如下: - -![动态规划-背包问题9](https://img-blog.csdnimg.cn/20210110103614769.png) - - - -## 一维dp01背包完整C++测试代码 - -``` -void test_1_wei_bag_problem() { - vector weight = {1, 3, 4}; - vector value = {15, 20, 30}; - int bagWeight = 4; - - // 初始化 - vector dp(bagWeight + 1, 0); - for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j--) { // 遍历背包容量 - dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); - } - } - cout << dp[bagWeight] << endl; -} - -int main() { - test_1_wei_bag_problem(); -} - -``` - -可以看出,一维dp 的01背包,要比二维简洁的多! 初始化 和 遍历顺序相对简单了。 - -**所以我倾向于使用一维dp数组的写法,比较直观简洁,而且空间复杂度还降了一个数量级!** - -**在后面背包问题的讲解中,我都直接使用一维dp数组来进行推导**。 - -## 总结 - -以上的讲解可以开发一道面试题目(毕竟力扣上没原题)。 - -就是本文中的题目,要求先实现一个纯二维的01背包,如果写出来了,然后再问为什么两个for循环的嵌套顺序这么写?反过来写行不行?再讲一讲初始化的逻辑。 - -然后要求实现一个一维数组的01背包,最后再问,一维数组的01背包,两个for循环的顺序反过来写行不行?为什么? - -注意以上问题都是在候选人把代码写出来的情况下才问的。 - -就是纯01背包的题目,都不用考01背包应用类的题目就可以看出候选人对算法的理解程度了。 - -**相信大家读完这篇文章,应该对以上问题都有了答案!** - -此时01背包理论基础就讲完了,我用了两篇文章把01背包的dp数组定义、递推公式、初始化、遍历顺序从二维数组到一维数组统统深度剖析了一遍,没有放过任何难点。 - -大家可以发现其实信息量还是挺大的。 - -如果把[动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!](https://mp.weixin.qq.com/s/FwIiPPmR18_AJO5eiidT6w)和本篇的内容都理解了,后面我们在做01背包的题目,就会发现非常简单了。 - -不用再凭感觉或者记忆去写背包,而是有自己的思考,了解其本质,代码的方方面面都在自己的掌控之中。 - -即使代码没有通过,也会有自己的逻辑去debug,这样就思维清晰了。 - -接下来就要开始用这两天的理论基础去做力扣上的背包面试题目了,录友们握紧扶手,我们要上高速啦! - -就酱,学算法,认准「代码随想录」,值得你推荐给身边每一位朋友同学们。 - - -## 其他语言版本 - - -Java: - - -Python: - - -Go: - - - - ------------------------ -* 作者微信:[程序员Carl](https://mp.weixin.qq.com/s/b66DFkOp8OOxdZC_xLZxfw) -* B站视频:[代码随想录](https://space.bilibili.com/525438321) -* 知识星球:[代码随想录](https://mp.weixin.qq.com/s/QVF6upVMSbgvZy8lHZS3CQ) -
diff --git a/problems/背包理论基础01背包-二维DP.md b/problems/背包理论基础01背包-二维DP.md deleted file mode 100644 index 2b334dc9..00000000 --- a/problems/背包理论基础01背包-二维DP.md +++ /dev/null @@ -1,318 +0,0 @@ -

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- -# 背包问题理论基础 - - -这周我们正式开始讲解背包问题! - -背包问题的经典资料当然是:背包九讲。在公众号「代码随想录」后台回复:背包九讲,就可以获得背包九讲的PDF。 - -但说实话,背包九讲对于小白来说确实不太友好,看起来还是有点费劲的,而且都是伪代码理解起来也吃力。 - -对于面试的话,其实掌握01背包,和完全背包,就够用了,最多可以再来一个多重背包。 - -如果这几种背包,分不清,我这里画了一个图,如下: - -![416.分割等和子集1](https://img-blog.csdnimg.cn/20210117171307407.png) - -至于背包九讲其其他背包,面试几乎不会问,都是竞赛级别的了,leetcode上连多重背包的题目都没有,所以题库也告诉我们,01背包和完全背包就够用了。 - -而完全背包又是也是01背包稍作变化而来,即:完全背包的物品数量是无限的。 - -**所以背包问题的理论基础重中之重是01背包,一定要理解透!** - -leetcode上没有纯01背包的问题,都是01背包应用方面的题目,也就是需要转化为01背包问题。 - -**所以我先通过纯01背包问题,把01背包原理讲清楚,后续再讲解leetcode题目的时候,重点就是讲解如何转化为01背包问题了**。 - -之前可能有些录友已经可以熟练写出背包了,但只要把这个文章仔细看完,相信你会意外收获! - -## 01 背包 - -有N件物品和一个最多能被重量为W 的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。**每件物品只能用一次**,求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。 - -![动态规划-背包问题](https://img-blog.csdnimg.cn/20210117175428387.jpg) - -这是标准的背包问题,以至于很多同学看了这个自然就会想到背包,甚至都不知道暴力的解法应该怎么解了。 - -这样其实是没有从底向上去思考,而是习惯性想到了背包,那么暴力的解法应该是怎么样的呢? - -每一件物品其实只有两个状态,取或者不取,所以可以使用回溯法搜索出所有的情况,那么时间复杂度就是O(2^n),这里的n表示物品数量。 - -**所以暴力的解法是指数级别的时间复杂度。进而才需要动态规划的解法来进行优化!** - -在下面的讲解中,我举一个例子: - -背包最大重量为4。 - -物品为: - -| | 重量 | 价值 | -| --- | --- | --- | -| 物品0 | 1 | 15 | -| 物品1 | 3 | 20 | -| 物品2 | 4 | 30 | - -问背包能背的物品最大价值是多少? - -以下讲解和图示中出现的数字都是以这个例子为例。 - -## 二维dp数组01背包 - -依然动规五部曲分析一波。 - -1. 确定dp数组以及下标的含义 - -对于背包问题,有一种写法, 是使用二维数组,即**dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少**。 - -只看这个二维数组的定义,大家一定会有点懵,看下面这个图: - -![动态规划-背包问题1](https://img-blog.csdnimg.cn/20210110103003361.png) - -**要时刻记着这个dp数组的含义,下面的一些步骤都围绕这dp数组的含义进行的**,如果哪里看懵了,就来回顾一下i代表什么,j又代表什么。 - -2. 确定递推公式 - -再回顾一下dp[i][j]的含义:从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。 - -那么可以有两个方向推出来dp[i][j], - -* 由dp[i - 1][j]推出,即背包容量为j,里面不放物品i的最大价值,此时dp[i][j]就是dp[i - 1][j] -* 由dp[i - 1][j - weight[i]]推出,dp[i - 1][j - weight[i]] 为背包容量为j - weight[i]的时候不放物品i的最大价值,那么dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i] (物品i的价值),就是背包放物品i得到的最大价值 - -所以递归公式: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); - -3. dp数组如何初始化 - -**关于初始化,一定要和dp数组的定义吻合,否则到递推公式的时候就会越来越乱**。 - -首先从dp[i][j]的定义触发,如果背包容量j为0的话,即dp[i][0],无论是选取哪些物品,背包价值总和一定为0。如图: - -![动态规划-背包问题2](https://img-blog.csdnimg.cn/2021011010304192.png) - -在看其他情况。 - -状态转移方程 dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 可以看出i 是由 i-1 推导出来,那么i为0的时候就一定要初始化。 - -dp[0][j],即:i为0,存放编号0的物品的时候,各个容量的背包所能存放的最大价值。 - -代码如下: - -``` -// 倒叙遍历 -for (int j = bagWeight; j >= weight[0]; j--) { - dp[0][j] = dp[0][j - weight[0]] + value[0]; // 初始化i为0时候的情况 -} -``` - -**大家应该发现,这个初始化为什么是倒叙的遍历的?正序遍历就不行么?** - -正序遍历还真就不行,dp[0][j]表示容量为j的背包存放物品0时候的最大价值,物品0的价值就是15,因为题目中说了**每个物品只有一个!**所以dp[0][j]如果不是初始值的话,就应该都是物品0的价值,也就是15。 - -但如果一旦正序遍历了,那么物品0就会被重复加入多次! 例如代码如下: -``` -// 正序遍历 -for (int j = weight[0]; j <= bagWeight; j++) { - dp[0][j] = dp[0][j - weight[0]] + value[0]; -} -``` - -例如dp[0][1] 是15,到了dp[0][2] = dp[0][2 - 1] + 15; 也就是dp[0][2] = 30 了,那么就是物品0被重复放入了。 - -**所以一定要倒叙遍历,保证物品0只被放入一次!这一点对01背包很重要,后面在讲解滚动数组的时候,还会用到倒叙遍历来保证物品使用一次!** - - -此时dp数组初始化情况如图所示: - -![动态规划-背包问题7](https://img-blog.csdnimg.cn/20210110103109140.png) - -dp[0][j] 和 dp[i][0] 都已经初始化了,那么其他下标应该初始化多少呢? - - -dp[i][j]在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了,因为0就是最小的了,不会影响取最大价值的结果。 - -如果题目给的价值有负数,那么非0下标就要初始化为负无穷了。例如:一个物品的价值是-2,但对应的位置依然初始化为0,那么取最大值的时候,就会取0而不是-2了,所以要初始化为负无穷。 - -**这样才能让dp数组在递归公式的过程中取最大的价值,而不是被初始值覆盖了**。 - -最后初始化代码如下: - -``` -// 初始化 dp -vector> dp(weight.size() + 1, vector(bagWeight + 1, 0)); -for (int j = bagWeight; j >= weight[0]; j--) { - dp[0][j] = dp[0][j - weight[0]] + value[0]; -} -``` - -**费了这么大的功夫,才把如何初始化讲清楚,相信不少同学平时初始化dp数组是凭感觉来的,但有时候感觉是不靠谱的**。 - -4. 确定遍历顺序 - - -在如下图中,可以看出,有两个遍历的维度:物品与背包重量 - -![动态规划-背包问题3](https://img-blog.csdnimg.cn/2021011010314055.png) - -那么问题来了,**先遍历 物品还是先遍历背包重量呢?** - -**其实都可以!! 但是先遍历物品更好理解**。 - -那么我先给出先遍历物品,然后遍历背包重量的代码。 - -``` -// weight数组的大小 就是物品个数 -for(int i = 1; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量 - if (j < weight[i]) dp[i][j] = dp[i - 1][j]; // 这个是为了展现dp数组里元素的变化 - else dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); - - } -} -``` - -**先遍历背包,再遍历物品,也是可以的!(注意我这里使用的二维dp数组)** - -例如这样: - -``` -// weight数组的大小 就是物品个数 -for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量 - for(int i = 1; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - 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]); - } -} -``` - -为什么也是可以的呢? - -**要理解递归的本质和递推的方向**。 - -dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 递归公式中可以看出dp[i][j]是靠dp[i-1][j]和dp[i - 1][j - weight[i]]推导出来的。 - -dp[i-1][j]和dp[i - 1][j - weight[i]] 都在dp[i][j]的左上角方向(包括正左和正上两个方向),那么先遍历物品,再遍历背包的过程如图所示: - -![动态规划-背包问题5](https://img-blog.csdnimg.cn/202101101032124.png) - -再来看看先遍历背包,再遍历物品呢,如图: - -![动态规划-背包问题6](https://img-blog.csdnimg.cn/20210110103244701.png) - -**大家可以看出,虽然两个for循环遍历的次序不同,但是dp[i][j]所需要的数据就是左上角,根本不影响dp[i][j]公式的推导!** - -但先遍历物品再遍历背包这个顺序更好理解。 - -**其实背包问题里,两个for循环的先后循序是非常有讲究的,理解遍历顺序其实比理解推导公式难多了**。 - -5. 举例推导dp数组 - -来看一下对应的dp数组的数值,如图: - -![动态规划-背包问题4](https://img-blog.csdnimg.cn/20210118163425129.jpg) - -最终结果就是dp[2][4]。 - -建议大家此时自己在纸上推导一遍,看看dp数组里每一个数值是不是这样的。 - -**做动态规划的题目,最好的过程就是自己在纸上举一个例子把对应的dp数组的数值推导一下,然后在动手写代码!** - -很多同学做dp题目,遇到各种问题,然后凭感觉东改改西改改,怎么改都不对,或者稀里糊涂就改过了。 - -主要就是自己没有动手推导一下dp数组的演变过程,如果推导明白了,代码写出来就算有问题,只要把dp数组打印出来,对比一下和自己推导的有什么差异,很快就可以发现问题了。 - - -## 完整C++测试代码 - -```C++ -void test_2_wei_bag_problem1() { - vector weight = {1, 3, 4}; - vector value = {15, 20, 30}; - int bagWeight = 4; - - // 二维数组 - vector> dp(weight.size() + 1, vector(bagWeight + 1, 0)); - - // 初始化 - for (int j = bagWeight; j >= weight[0]; j--) { - dp[0][j] = dp[0][j - weight[0]] + value[0]; - } - - // weight数组的大小 就是物品个数 - for(int i = 1; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 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]); - - } - } - - cout << dp[weight.size() - 1][bagWeight] << endl; -} - -int main() { - test_2_wei_bag_problem1(); -} - -``` - - -以上遍历的过程也可以这么写: - -``` -// 遍历过程 -for(int i = 1; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 - for(int j = 0; j <= bagWeight; j++) { // 遍历背包容量 - if (j - weight[i] >= 0) { - dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); - } - } -} -``` - -这么写打印出来的dp数据这就是这样: - -![动态规划-背包问题8](https://img-blog.csdnimg.cn/2021011010344372.png) - -空出来的0其实是用不上的,版本一 能把完整的dp数组打印出来,出来我用版本一来讲解。 - - -## 总结 - -讲了这么多才刚刚把二维dp的01背包讲完,**这里大家其实可以发现最简单的是推导公式了,推导公式估计看一遍就记下来了,但难就难在如何初始化和遍历顺序上**。 - -可能有的同学并没有注意到初始化 和 遍历顺序的重要性,我们后面做力扣上背包面试题目的时候,大家就会感受出来了。 - -下一篇 还是理论基础,我们再来讲一维dp数组实现的01背包(滚动数组),分析一下和二维有什么区别,在初始化和遍历顺序上又有什么差异,敬请期待! - -就酱,学算法,认准「代码随想录」,值得推荐给身边的朋友同学们,关注后都会发现相见恨晚! - - - - - -## 其他语言版本 - - -Java: - - -Python: - - -Go: - - - - ------------------------ -* 作者微信:[程序员Carl](https://mp.weixin.qq.com/s/b66DFkOp8OOxdZC_xLZxfw) -* B站视频:[代码随想录](https://space.bilibili.com/525438321) -* 知识星球:[代码随想录](https://mp.weixin.qq.com/s/QVF6upVMSbgvZy8lHZS3CQ) -