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【蓝桥杯算法 | 状态机DP模型】

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九年义务漏网鲨鱼
修改2025-07-18 15:33:58
修改2025-07-18 15:33:58
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基本内容

题目简述:有两个数组energyDrinkAenergyDrinkB,分别代表两种能量饮料每小时提供的能量,在接下来的n小时内选择饮用这两种饮料中的一种,以最大化总能量。但是,如果你从一个饮料切换到另一个,你需要等待一个小时才能开始获得能量。

输入:energyDrinkA = 4, 1, 1, energyDrinkB = 3, 1, 1

输出:7

  • 基本思想

将可能存在的 K 个状态在原来 dp 数组扩展为二维数组 DP[N]DP[N][K],以入门例子为例,第一个状态是第 i 个小时喝的饮料为 A ,第二个状态是第 i 个小时喝的饮料为 B,每一个状态都可能来自于不同的状态,切换状态的第 i 个小时不摄入能量。

假设第 i 时刻的状态为 B ,则可能有两种状态切换:

A → B:第 i 时刻无法摄入能量

B → B:摄入 B

  • 解题代码
代码语言:python
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def maxEnergy(energyDrinkA, energyDrinkB):
    N = len(energyDrinkA)
    dp = [[0] * 2 for _ in range(N)] # 存储第i时刻喝A或者B饮料两种状态的最大值
    dp[0][0] = energyDrinkA[0]
    dp[0][1] = energyDrinkB[0]
    
    for i in range(1, n):
        # 第i时刻饮用 A
        dp[i][0] = max(dp[i - 1][0] + energyDrinkA[i],  # 继续喝 A
                       dp[i - 1][1])                  # 切换到 A,这一小时内不摄入内量
        
        # 第i时刻饮用 B
        dp[i][1] = max(dp[i - 1][1] + energyDrinkB[i],  # 继续喝 B
                       dp[i - 1][0])                  # 切换到 B,上一小时喝 A
    return max(dp[n - 1][0], dp[n - 1][1])
  • 总结

这种题目有 K 个状态就是建立 DP[N][K] 的二维DP数组,若题目有三种饮料就是DP[N][3],在没理解到使用状态压缩DP时,我尝试用一维数组建立,遍历可能存在的不同状态:① 继续喝同样的饮料;② 切换饮料;③ 可能存在一种情况: energyDrinkA = 3, 5, 3, energyDrinkB = 3, 4, 5 , 这种情况下只使用 ①、②状态都无法满足最优解。

题目

  1. Leetcode 198. 打家劫舍

该题第 i 家房屋的状态划分为偷与没偷,对应了入门例子的第 i 个时间的状态是喝 A 饮料还是 B 饮料

代码语言:python
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class Solution:
    def rob(self, nums: List[int]) -> int:
        # 第一个数组存储第i次没偷, 第二个数组存储第i次偷了
        dp = [[0 for _ in range(len(nums))] for _ in range(2)] 
        dp[1][0] = nums[0] 
        for i in range(1, len(nums)):
            dp[0][i] = max(dp[0][i-1], dp[1][i-1])
            dp[1][i] = dp[0][i-1] + nums[i] #第i家偷了,上一家指定没偷
        return max(max(dp[0]), max(dp[1]))
  1. Leetcode 213. 打家劫舍 II

与上一题目相比,需要判断最后一家和第一家是否同时偷取,如果偷了第一家,最后一家则不能偷取,反之也然。原来的题目在第 i 个房屋对应着两个状态,根据两个状态是无法判断是否偷取第一家,因为每个状态都可以由第 i-1 时刻的不同状态切换。因此,可以额外加入两个状态对应着在第一家不偷取的前提下第 i 个房屋的两个状态。

代码语言:python
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class Solution:
    def rob(self, nums: List[int]) -> int:
        if not nums:
            return 0
        if len(nums) == 1:
            return nums[0]
        n = len(nums)
        dp = [[0] * n for _ in range(4)]
        dp[1][0] = nums[0]
        for i in range(1, n):
            if i < n - 1: 
                dp[0][i] = max(dp[0][i-1], dp[1][i-1]) 
                dp[1][i] = dp[0][i-1] + nums[i]
                dp[2][i] = max(dp[2][i-1], dp[3][i-1])
                dp[3][i] = dp[2][i-1] + nums[i]
            else:  
                dp[0][i] = max(dp[0][i-1], dp[1][i-1])
                dp[1][i] = dp[0][i-1] # 最后一家不偷,不需要加上nums[i]
                dp[2][i] = max(dp[2][i-1], dp[3][i-1])
                dp[3][i] = dp[2][i-1] + nums[i]  

        return max(dp[0][n-1], dp[1][n-1], dp[2][n-1], dp[3][n-1])
  1. Leetcode 2560. 打家劫舍 IV

朴素回溯算法 (超时)

代码语言:python
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class Solution:
    def __init__(self):
        self.min_capacity = float('inf')  # 记录最小窃取能力

    def backtrack(self, nums, k, start, current_count, max_amount):
        # 如果已经窃取了至少 k 间房屋,更新最小窃取能力
        if current_count >= k:
            self.min_capacity = min(self.min_capacity, max_amount)
            return
        
        for i in range(start, len(nums)):
            # 选择当前房屋,更新最大金额,并跳过相邻房屋递归
            self.backtrack(nums, k, i + 2, current_count + 1, max(max_amount, nums[i]))

    def minCapability(self, nums: List[int], k: int) -> int:
        # 从第0个房屋开始回溯
        self.backtrack(nums, k, 0, 0, 0)
        return self.min_capacity

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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