数组区间问题(动态规划)

写在前

矩阵的问题一般需要这样考虑:当前坐标(row, col)是如何“走”到的。矩阵问题的动态规划即为填表问题。

1.数组区间和 (303-易)

题目描述:给定一个整数数组 nums,求出数组从索引 iji ≤ j)范围内元素的总和,包含 ij两点。

示例

Given nums = [-2, 0, 3, -5, 2, -1]

sumRange(0, 2) -> 1
sumRange(2, 5) -> -1
sumRange(0, 5) -> -3

思路:本题关键:若求解i - j区间范围的元素和,可以用sum[j + 1] - sum[i] ,注:sum[i]为 0 - i-1的累加和。 那么要注意这时sum数组开辟空间【nums.length + 1】,保证sum[i + 1]可以取到。

代码:动态规划

private int[] sums;
public NumArray(int[] nums) {
    sums = new int[nums.length + 1];
    for (int i = 1; i <= nums.length; ++i) {
        sums[i] = sums[i - 1] + nums[i - 1];
    }
}
// 区间和方法入口
public int sumRange(int i, int j) {
    return sums[j + 1] - sums[i];
}

2.不同路径II (63-中)

题目描述:如果一个至少有三个元素的等差数列。函数要返回数组 A 中所有为等差数组的子数组个数。

示例

A = [0, 1, 2, 3, 4]

return: 6

[0, 1, 2],
[1, 2, 3],
[0, 1, 2, 3],
[0, 1, 2, 3, 4],
[ 1, 2, 3, 4],
[2, 3, 4]

思路:关键定义dp数组,dp[i]:表示以A[i]作为结尾的所有等差数组的子数组的个数。故,当A[i] - A[i-1] == A[i-1] - A[i-2],即A[i]、A[i-1]、A[i-2]构成等差数列,状态转移方程为dp[i] = dp[i-1] + 1。例

dp[2] = 1
    [0, 1, 2]
dp[3] = dp[2] + 1 = 2
    [0, 1, 2, 3], // [0, 1, 2] 之后加一个 3
    [1, 2, 3]     // 新的递增子区间
dp[4] = dp[3] + 1 = 3
    [0, 1, 2, 3, 4], // [0, 1, 2, 3] 之后加一个 4
    [1, 2, 3, 4],    // [1, 2, 3] 之后加一个 4
    [2, 3, 4]        // 新的递增子区间

代码:动态规划

public int numberOfArithmeticSlices(int[] A) {
    int n = A.length;
    int ret = 0;
    int[] dp = new int[n];
    for (int i = 2; i < n; ++i) {
        // A[i]、A[i-1]、A[i-2]为等差数列
        if (A[i] - A[i - 1] == A[i - 1] - A[i - 2]) {
            dp[i] = dp[i - 1] + 1;
            ret += dp[i];
        }
    }
    return ret;
}

3.戳气球 (312-中)

题目描述:有 n 个气球,编号为0 到 n - 1,每个气球上都标有一个数字,这些数字存在数组 nums 中。

现在要求你戳破所有的气球。戳破第 i 个气球,你可以获得 nums[i - 1] * nums[i] * nums[i + 1] 枚硬币。 这里的 i - 1 和 i + 1 代表和 i 相邻的两个气球的序号。如果 i - 1或 i + 1 超出了数组的边界,那么就当它是一个数字为 1 的气球。

求所能获得硬币的最大数量。

示例

输入:nums = [3,1,5,8]
输出:167
解释:
nums = [3,1,5,8] --> [3,5,8] --> [3,8] --> [8] --> []
coins =  3*1*5    +   3*5*8   +  1*3*8  + 1*8*1 = 167

思路:@狗大王,就先别管前面是怎么戳的,你只要管这个区间最后一个被戳破的是哪个气球,最后一个被戳爆的气球就设置为 k!!!

  • dp数组:假设 dp[i][j] 表示开区间 (i,j) 内你能拿到的最多金币
  • 状态转移方程:假设你戳中第k个气球(第k个气球最后被戳爆),dp[i][j] = dp[i][k] + val[i]*val[k]*val[j] + dp[k][j]

ps:根据题意我们可以使用辅助数组,并且在数组的首尾添加1,为啥是开区间,我们不能戳中假边界。

代码:动态规划

class Solution {
    public int maxCoins(int[] nums) {
        int n = nums.length;
        int[] tmp = new int[n + 2];
        tmp[0] = 1;
        tmp[n + 1] = 1;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            tmp[i + 1] = nums[i];
        }
        int[][] dp = new int[n + 2][n + 2];

        // len表示开区间的长度(对每一个区间长度进行循环)
        for (int len = 3; len <= n + 2; len++) {
            // i表示区间的左边界,i + len - 1表示区间的右边界
            for (int i = 0; i <= n + 2 - len; i++) {
                // k表示开区间内的索引(代表区间最后一个被戳破的气球)
                int j = i + len - 1;
                for (int k = i + 1; k < j; k++) {
                    dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], dp[i][k] + tmp[i]*tmp[k]*tmp[j] + dp[k][j]);
                }
            }
        }
        return dp[0][n + 1];
    }
}
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