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太贪心了。。。

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五分钟学算法
发布2022-04-08 15:53:18
发布2022-04-08 15:53:18
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文章被收录于专栏:五分钟学算法五分钟学算法
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大家好,我是吴师兄。

昨天我们用动态规划的思路解决了剑指 Offer 14- I. 剪绳子 这道问题,继续延伸下去,来学习它的进阶题剑指 Offer 14- II. 剪绳子 II

先看题目描述:

给你一根长度为 n 的绳子,请把绳子剪成整数长度的 m 段(m、n都是整数,n>1并且m>1),每段绳子的长度记为 k[0],k[1]...k[m - 1] 。请问 k[0]*k[1]*...*k[m - 1] 可能的最大乘积是多少?例如,当绳子的长度是8时,我们把它剪成长度分别为2、3、3的三段,此时得到的最大乘积是18。

答案需要取模 1e9+7(1000000007),如计算初始结果为:1000000008,请返回 1。

这道题目在 剑指 Offer 14- I. 剪绳子 的基础上增加了一个限制:需要取模操作

理论上也是可以在 剑指 Offer 14- I. 剪绳子 基础上同样使用动态规划进行处理,代码只需要在昨天代码的基础上修改几行,先看代码:

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import java.math.BigInteger;
class Solution {
    public int cuttingRope(int n) {

        // 长度为 1 的绳子没法剪了
        if ( n <= 1 ) return 1;

        // 用一个名为 dp 的数组来记录从 0 到 n 长度的绳子剪掉后的最大乘积
        // 默认都是 0
        BigInteger[] dp = new BigInteger[n + 1];

        Arrays.fill(dp, BigInteger.valueOf(1));

        // 由于绳子必须被剪,所以长度为 2 的绳子只有剪成 1 和 1 的两段,乘积结果为 1
        // dp[2] = 1;

        // 长度大于等于 3 的绳子才开始进入我们的讨论范围
        // 从长度为 3 的绳子开始考虑,讨论它的最大乘积是多少,并不断的延伸绳子的长度
        for(int i = 3; i < n + 1; i++){

            // 对于长度为 i 的绳子,它可以分为两个区间 j 和 i - j
            // j 的范围由 2 开始,因为剪长度为 1 的绳子无法扩大乘积的值
            // j 的范围可以延伸至 i - 1
            for(int j = 2; j < i; j++){

                // 不剪总长度乘积为  j * ( i - j)
                // 剪的话长度乘积为  j * dp[ i - j ]
                // 取两者的最大值,即  Max ( j * ( i - j) , j * dp[ i - j] )
                // 那么此时 dp[i] 的值取 i 不剪的值( dp[i]) 和剪的值 Math.max(j * (i - j), j * dp[i - j]) 这两者的最大值
                // 比如一开始 i = 3 , j = 2
                // dp[3] = Math.max( 0 ,Math.max ( 2 * 1, 2 * dp[1])
                //       = Math.max( 0 ,Math.max ( 2, 2))
                //       = 2
                dp[i] = dp[i].max(BigInteger.valueOf(j * (i - j))).max(dp[i - j].multiply(BigInteger.valueOf(j)));

            }
        }
        return dp[n].mod(BigInteger.valueOf(1000000007)).intValue();
    }
}

如果将这个代码提交,虽然可以通过,但可以看出效率还是比较低的。

这道题目的最好解法是使用贪心算法

核心点在于尽可能把绳子分成长度为 3 的小段,这样乘积最大

这个结论可以通过数学来证明。具体证明容我后面补充。

依托于这个结论,可以这样设计思路。

  • 1、当绳子长度为 2 时,由于只可能剪成长度为 1 的两段,所以最大乘积为 1
  • 2、当绳子长度为 3 时,可以剪成长度为 1 和长度为 2 的两段,所以最大乘积为 2
  • 3、当绳子长度为 4 时,可以剪成长度为 2 和长度为 2 的两段,所以最大乘积为 4
  • 4、当绳子长度大于了 4 时,总是尽可能的去尝试剪出更多的长度为 3 的绳子,那么操作就是每次循环绳子的操作,每次循环都将绳子长度 n 减去 3,乘积 res 乘以 3 再取模,直到绳子的长度为 1 、2 、3 这三种长度之间的任意一种
  • 5、循环结束时,再将 res 与剩下的绳子长度 n 进行相乘再取模

代码如下:

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// 作者:程序员吴师兄
// 代码有看不懂的地方一定要私聊咨询吴师兄呀
class Solution {
    public int cuttingRope(int n) {

        // 1、当绳子长度为 2 时,由于只可能剪成长度为 1 的两段,所以最大乘积为 1
        if( n == 2 ) return 1;

        // 2、当绳子长度为 3 时,可以剪成长度为 1 和长度为 2 的两段,所以最大乘积为 2
        if( n == 3 ) return 2;

        // 注意 res 的类型
        long res = 1;

        // 当绳子长度大于了 4 时,总是尽可能的去尝试剪出更多的长度为 3 的绳子
        // 那么操作就是每次循环绳子的操作,每次循环都将绳子长度 n 减去 3,乘积 res 乘以 3 再取模
        // 直到绳子的长度为  1 、2 、3 这三种长度之间的任意一种
        while(n > 4){

            res  = res * 3 % 1000000007;

            n -= 3;
        }

        // 由于题目需要返回 int 型,所以强转一下
        return (int) (res * n % 1000000007);
    }
}

提交一下。

很好,击败了 100% 。

是不是感觉很简单,几分钟又掌握了一道算法题:)

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原始发表:2022-03-07,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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