# LeetCode 931. 最小下降路径之和

问题

问题描述:给定一个方形整形数组A(行数 == 列数),计算出最小的下降路径之和。

下降路径可从第一行的任意一个元素开始,然后到下一行选择一个元素,要求下一行元素所在的列与上一行元素所在的列不能超过1,即只能在左边/右边/相同列。

栗子:

输入:[[1,2,3], [4,5,6], [7,8,9]]
输出:12

可能出现的路径如下:

[1,4,7], [1,4,8], [1,5,7], [1,5,8], [1,5,9]
[2,4,7], [2,4,8], [2,5,7], [2,5,8], [2,5,9], [2,6,8], [2,6,9]
[3,5,7], [3,5,8], [3,5,9], [3,6,8], [3,6,9]

[1, 4, 7] 是最小之和路径。

注意:

  1. 1 <= A.length == A[0].length <= 100
  2. -100 <= A[i][j] <= 100

想看英文的戳这里:原题地址

解题思路

递归

这是一种很容易想到的方法,把所有可能的路径都遍历出来,计算最小和,但是由于 A.length <= 100,可能会导致递归次数过多。不过,还是先来尝试一下。

首先第一行,我们任意选取一个元素 i, sum = A[0][i]

第二行,根据第一行选择的列,只可能选择j = i/ i-1/ i+1 其中一个,任意选定一个 sum += A[1][j]

第三行,根据第二行选择的列,也只能选择 j = i/ i-1/ i+1 其中一个,任意选定一个 sum += A[1][j]

第四行,重复以上步骤。

递归重复步骤:根据上一行选择元素所在的列,决定该行需要遍历哪些列,计算所选择的数之和为 sum,然后下一行再重复以上步骤。

递归结束条件:当最后一行遍历完成,即 row >= list.count,将 sum 与 全局的 minSum 做比较,这样递归完成后, minSum 就是最小的。

```
func recursive(_ row: Int, _ col: Int, _ sum: Int) {
    if row < 0 || row >= list.count {
        if sum < minSum {
            minSum = sum
        }
    } else {
        // 列相隔不超过1
        var j = col - 1
        while j <= col + 1 {
            if j >= 0,  j < c {
                let tmp = sum + list[row][j]
                recursive(row + 1, j, tmp)
            }
            
            j += 1
        }
    }
}
```

第一行的处理有点不一样,因为它可以遍历所有的元素,然后进行之后的递归。

var minSum = Int.max
var r = 0
var c = 0
var list = [[Int]]()
  
func minFallingPathSum(_ A: [[Int]]) -> Int {
     r = A.count
     if r > 0 {
     list = A
     c = A[0].count
            
     var col = 0
     // 遍历第一行
     while col < c {
         recursive(1, col, A[0][col])
         col += 1
           }
       }
        
      return minSum
}

验证进行提交后,发现结果是 Time Limited Exceeded,超时,递归耗费的时间太长了,失败的 case 是 20 * 20 的数组。

每个元素下一行可选的元素最多为 3,因为最左/最右的只能选择 2 个。

以 2 来粗略估算一下最小值:

n = 20
    
row-1:选择一个数 1 次,但需要重复 n 次;
row-2:执行 2 次;
row-3:执行 2 * 2 次;
row-4:执行 2 * 2 * 2 次;
...
row-n:执行 2 ^(n - 1) 次;

以上加起来:(1 + 2 + 2^2 + 2 ^ 3 + 2 ^(n - 1)) * n

minCount = 20 * (2^20 - 1) = 20971500,千万级别。

以 3 估算最大值:
maxCount = 20 * (3^20 - 1) = 697,3568,8000,百亿级别。

看起来次数量级还是挺大的,而 n 还可能取到 100,量级会更大,时间更多。

动态规划

递归中其实有很多都是重复的计算。如果将已经遍历过的数的最小和存起来,那么下次就可以直接取,省去重新计算的过程。

举个栗子,有如下数组 A :

[
    [1,2,3], 
    [4,5,6],
    [7,8,9]
]
  • 如果第一行取 2,第二行可能取 4,5,6;如果从 4,5,6 开始的最小路径之和已经计算好,那么从 2 开始的路径最小和为 path(2) = 2 + min(path(4), path(5), path(6));

    那么 path(4) 要怎么求呢?很简单,只需要根据其下一行来计算,而下一行是最后一行了,可直接计算:path(4) = min(4 + 7, 4 + 8)

    path(5)的求法同上。

  • 如果第一行取 3,第二行可能取 5,6;如果从 5,6开始的最小路径之和已经计算好,那么 path(3) = 3 + min(path(5), path(6))

    path(5) 其实已经求过了,直接取即可。

最终思想:求出每个位置的最小路径之和,只需要一层层往下推,最终会落地到先求最后一层的最小值之和(为原值),然后是倒数第二层,倒数第三层 ... 第一层。

最后,第一层中的最小值,就是最小路径之和

最终公式如下:

path(r, c) = A[r][c] + min(path(r+1, c - 1), path(r+1, c), path(r+1, c + 1))

swift 代码如下:

func minFallingPathSum_2(_ A: [[Int]]) -> Int {
    // 采用从底向上计算的方式,计算出每个位置的最小和,一步步往上计算,到第一层时,就已经计算出了所有的最小和,只需要遍历第一行最小的数即可。
    r = A.count
    if r > 0 {
        list = A
        c = A[0].count
        
        var tmp = A
        
        // 从倒数第二行开始计算,因为倒数第一行各个位置的最小和肯定是原值。
        if r >= 2 {
            var i = r - 2
            while i >= 0 {
                
                var j = 0
                
                // 计算每个位置最小和
                while j < c {
                    
                    // 最小和
                    var minSum = Int.max
                    
                    // 当前位置的数
                    let n = tmp[i][j]
                    
                    // 从其左边一列起
                    var k = j - 1

                    // 遍历起相邻列,不超过1
                    while k <= j + 1 {
                        
                        if k >= 0, k < c {
                            // 加上它下一行的数
                            let sum = n + tmp[i+1][k]
                            if sum < minSum {
                                minSum = sum
                            }
                        }
                        
                        k += 1
                    }
                    
                    // 记录最小和
                    tmp[i][j] = minSum
                    
                    j += 1
                }
                
                i -= 1
            }
        }
        
        // 找到第一行中的最小值
        let firstRow = tmp[0]
        
        var minSum = Int.max
        for n in firstRow {
            if n < minSum {
                minSum = n
            }
        }
        
        return minSum
    }
    
    return 0
}

完整代码:https://github.com/silan-liu/Leetcode/tree/master/minFallingPathSum

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