记一类DP问题-【动首动脚】右上三角DP 2020-09-05(未允禁转)

这里不再剖析如何理清和理解DP问题的思路,而是仅仅记录同一类DP问题,希望从更细小的角度对这类特定问题形成更深刻的印象和理解,并泛化到对一般DP的理解上

先说结论:

本文记录的一类DP问题,【动首动脚】导致的状态转移,用dp table来刻画就是从下到上从左到右的右上三角填充


例1 leetcode 5. 最长回文子串

给定一个字符串 s,找到 s 中最长的回文子串,子串是连续的。你可以假设 s 的最大长度为 1000。

示例 1:
输入: "babad"
输出: "bab"
注意: "aba" 也是一个有效答案。

本题个人认为是右上三角DP的base题目
思路:
一个子串A回文 = 头尾相等 + 去头尾后的子串B回文
上面这个式子建立了子问题间的状态转移关系,容易想到dp,分述如下:

  • 对于字符串s,考虑一个二维DP矩阵,dp[i][j]表示s[i:j+1]是否回文,是True,否False
  • 初始化dp:对于每一个i,i<len(s),dp[i][i] = True,表示任意一个字符都是回文的
  • 填充dp:根据状态转移方程,dp[i][j] = dp[i+1][j-1] and s[i] == s[j],易得填充方向是从下往上,从左往右
  • 在填充过程中,不断更新res

整个dp table如图所示

最长回文子串-右上三角dp

class Solution:
    def longestPalindrome(self, s: str) -> str:
        if not s:
            return s
        res = s[0]
        l = len(s)
        dp = [[True for i in range(l)] for j in range(l)]
        
        # 填充dp
        for i in range(l-1, -1, -1):
            j = i + 1
            while j < l:
                # 状态转移方程
                dp[i][j] =  dp[i+1][j-1] and s[i] == s[j]
                if dp[i][j]:
                    if j - i + 1 > len(res):
                        res = s[i:j+1]
                j += 1
        return res

本质上讲,一个回文串是在另一个回文串的基础上【增减相同的首尾】得来,这种【动首动脚】的操作反映在dp table上,就是 dp[i][j] 与 dp[i+1][j-1] 建立了转移关系;而根据这个转移关系可知,必然先有dp[i+1][j-1]再有dp[i][j],因此填充方向从下到上从左到右

综上,我们看到,【动首动脚】导致的状态转移,用dp table来刻画就是从下到上从左到右的右上三角填充。这句话是这篇文章的核心

例2 leetcode 486. 预测赢家

给定一个表示分数的非负整数数组nums。 玩家 1 从数组任意一端拿取一个分数,随后玩家 2 继续从剩余数组任意一端拿取分数,然后玩家 1 拿,…… 。每次一个玩家只能拿取一个分数,分数被拿取之后不再可取。直到没有剩余分数可取时游戏结束。最终获得分数总和最多的玩家获胜。预测玩家1是否会成为赢家。你可以假设每个玩家的玩法都会使他的分数最大化

题干关键词,从数组任意一端拿取,符合“动首动脚”的情况,考虑右上三角dp

  • dp[i][j]表示玩家在nums[i:j+1]下先拿时能够比另一玩家多拿的最大分数
  • 状态转移:dp[i][j] = max(nums[i] - dp[i+1][j], nums[j] - dp[i:j-1])。即,玩家可以拿nums[i],也可以拿nums[j],从中取收益最大的
  • 从状态转移方程可以看出,dp[i][j] 由其左侧和下侧转移而来,dp table的填充方向仍然是从下往上,从左往右
  • 最后判断dp[0][len(nums)-1]是否大于0
class Solution:
    def PredictTheWinner(self, nums: List[int]) -> bool:
        # dp法
        # dp[i][j] 表示 nums[i:j+1]规模下的先手比对手多的最大分数

        l = len(nums)
        dp = [[0 for i in range(l)] for j in range(l)] 
        # 初始化dp
        for i in range(l):
            dp[i][i] = nums[i]
        
        # 从下往上,从左往右填充dp
        for i in range(l-2, -1, -1):
            j = i + 1
            while j < l:
                dp[i][j] = max(nums[i] - dp[i+1][j], nums[j] - dp[i][j-1])
                j += 1
        return dp[0][l-1] >= 0

例3 leetcode 1312. 让字符串成为回文串的最少插入次数

给你一个字符串 s ,每一次操作你都可以在字符串的任意位置插入任意字符。请你返回让 s 成为回文串的 最少操作次数

  • 本题最直观的思路就是先求出s的最长回文子序列,与s的长度差为所求,代码如下不再赘述
class Solution:
    def minInsertions(self, s: str) -> int:
        # 求最长回文子序列
        s1 = s[::-1]
        l = len(s)
        dp = [[0 for i in range(l+1)] for j in range(l+1)]
        # dp初始化
        for i in range(1, l+1):
            for j in range(1, l+1):
                if s[i-1] == s1[j-1]:
                    dp[i][j] = 1 + dp[i-1][j-1]
                else:
                    dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i][j-1])
        return l - dp[-1][-1]
  • 另外还有一种【动首动脚】的与本文相关的解法,关键在于定义dp要记录什么状态dp是考虑局部问题的转移关系作为切入点的,把大问题看成由子问题不断扩大规模得到,那么令dp[i][j]表示s[i:j+1]的最少操作次数,这样可以和相邻的dp[i+1][j-1]、dp[i+1][j]、dp[i][j-1]子问题建立联系,因为dp[i][j]可以由dp[i+1][j-1]、dp[i+1][j]、dp[i][j-1]动首动脚得来。如此,状态转移方程就不难得出。代码如下
class Solution:
    def minInsertions(self, s: str) -> int:
        # dp[i][j]表示s[i:j+1]的最少操作次数
        # if s[i] == s[j]: dp[i][j] = dp[i+1][j-1]
        # if s[i] != s[j]: dp[i][j] = min(dp[i+1][j], dp[i][j-1]) + 1

        l = len(s)
        dp = [[0 for i in range(l)] for j in range(l)]
        for i in range(l-1, -1, -1):
            j = i + 1
            while j < l:
                if s[i] == s[j]: dp[i][j] = dp[i+1][j-1]
                if s[i] != s[j]: dp[i][j] = min(dp[i+1][j], dp[i][j-1]) + 1
                j += 1
        return dp[0][-1]
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 221,576评论 6 515
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 94,515评论 3 399
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 168,017评论 0 360
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 59,626评论 1 296
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,625评论 6 397
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 52,255评论 1 308
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,825评论 3 421
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,729评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 46,271评论 1 320
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,363评论 3 340
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,498评论 1 352
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 36,183评论 5 350
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,867评论 3 333
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,338评论 0 24
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,458评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,906评论 3 376
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,507评论 2 359