2022实习3.31华为笔试题第三题

题目记不清楚了,大概就是:
给一个字符数组chars,有诸多字符;再给一个字符串str以及一个起始光标位置start。从左到右查询str中字符在chars中的位置,并移动光标,问最少移动的步数。tips:chars中字符会重复,str中的字符也会重复。

  • 第一反应就是一个分叉树方式的执行流程:



    因此给出的答案是递归回溯,A了70%,无论如何想不出优化方式 ...

事后仔细想了一下,发现问题在于,从str的一个字符a到下一个字符m,假设chars中有3个a,3个m,那么按照递归的处理方式,最终会出现9条分支。但实际上,有可能成为下一次运算的潜在最小路径只有3条,3个a分别到第一个m的路径,其中最小的一条作为潜在路径;3个a分别到第二个m的路径,其中最小的一条作为潜在路径;3个a分别到第三个m的路径,其中最小的一条作为潜在路径。
那有人说,剪枝不就好了。 这恰恰是递归解决不了的问题。
递归+回溯的思想有两个:深度遍历 or 广度遍历。深度遍历是1对1,广度遍历是多对1。
动态规划的思想是:多对1,或者1对多(就是多对多),每次刷新一层,而不是一个。

说的模糊了,这里给个简单的示意图(个人理解,觉得不正确的望指出)
这里红线代表一层,圆圈是红线上的节点。从递归角度考虑,从上一层到下一层,如果是深度遍历,就是 1 > return > 2 > return > 3 > return > 4 > return 5 > return 6 > return。如果是广度遍历,就是 1 > 4 > return > 2 > 5 > return > 3 > 6 > return。这题需要的是 1,2,3 return;4,5,6 return。这是动态规划能做到而递归做不到的(递归也可以采用第一种方式:1 > return > 2 > return > 3 > return > 4 > return 5 > return 6 > return),带来的就是时间复杂度提高。

解法 -- 递归回溯

每一层都要比上一层多算maxListSize次,最后一层要执行maxListSize ^ str.length()次。最大时间复杂度O(maxListSize ^ str.length()),maxListSize是str的所有字符中,在chars中出现次数最多的字符的出现次数。

    public static int min = Integer.MAX_VALUE;

    public static void recursive(char[] strToChar, int i, int start, int curStep, int cLen, HashMap<Character, List<Integer>> map) {
        if (i == strToChar.length) { // 停止递归的条件
            min = Math.min(min, curStep);
            return;
        }

        char c = strToChar[i];

        // 若和前一个元素一样,则只要0步,i+1,其他不变 (多A了5%)
        if (i > 0 && c == strToChar[i - 1]) {
            recursive(strToChar, i + 1, start, curStep, cLen, map);
            return;
        }

        List<Integer> list = map.get(c);
        for (int end : list) {
            int t = Math.abs(end - start);
            int nextStep = Math.min(t, cLen - t);
            recursive(strToChar, i + 1, end, curStep + nextStep, cLen, map);
        }
    }

    // 获取元素数组的元素与对应位置
    public static HashMap<Character, List<Integer>> getMap(String chars) {
        int length = chars.length();
        HashMap<Character, List<Integer>> map = new HashMap<>(26);
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            char c = chars.charAt(i);
            if (map.containsKey(c)) {
                List<Integer> li = map.get(c);
                li.add(i);
                // 获取map中list的最长的长度
                maxListSize = Math.max(maxListSize, li.size());

            } else {
                List<Integer> list = new ArrayList<>(128);
                list.add(i);
                map.put(c, list);
            }
        }
        return map;
    }
解法 -- 动态规划

最大时间复杂度O(str.length() * maxListSize * maxListSize),maxListSize是str的所有字符中,在chars中出现次数最多的字符的出现次数。

    public static int maxListSize = 1;
    public static int min = Integer.MAX_VALUE;

    public static int dpSolution(char[] strToChar, int start, int cLen, HashMap<Character, List<Integer>> map) {
        // a有2个,b有3个,从a->b的最小值只用计算3种,不用全部保留; 最后一位记录当前start
        // [0][x]记录当前步数; [1][x]记录当前start
        int[][] dp_ = new int[2][maxListSize + 1]; // 副本
        int[][] dp = new int[2][maxListSize + 1];
        char c = strToChar[0];
        List<Integer> list = map.get(c);
        int preLen = list.size();
        for (int i = 0; i < preLen; i++) {
            int t = Math.abs(list.get(i) - start);
            int nextStep = Math.min(t, cLen - t);
            dp_[0][i] = nextStep;    // start到当前位置需要多少步
            dp_[1][i] = list.get(i); // 记录当前位置
            dp[0][i] = nextStep;     // start到当前位置需要多少步
            dp[1][i] = list.get(i);  // 记录当前位置
        }

        for (int i = 1; i < strToChar.length; i++) {
            c = strToChar[i];
            list = map.get(c);

            for (int j = 0; j < list.size(); j++) {
                int curEnd = list.get(j);
                int minCurStep = Integer.MAX_VALUE;

                for (int k = 0; k < preLen; k++) { //preLen不可能为0,因此minCurStep必被刷新
                    int t = Math.abs(curEnd - dp[1][k]);
                    int nextStep = Math.min(t, cLen - t);
                    minCurStep = Math.min(minCurStep, nextStep + dp[0][k]);
                }
                // 将下一轮结果保存到副本中
                dp_[0][j] = minCurStep;
                dp_[1][j] = curEnd;
            }

            // 更新preLen
            preLen = list.size();
            // 刷新副本到主dp中
            for (int[] ele : dp_) {
                System.arraycopy(dp_[0], 0, dp[0], 0, ele.length);
                System.arraycopy(dp_[1], 0, dp[1], 0, ele.length);
            }
        }

        for (int i = 0; i < preLen; i++) {
            min = Math.min(min, dp[0][i]);
        }

        return min;
    }
时间检验
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String chars = sc.nextLine();
        String str = sc.nextLine();
        int start = sc.nextInt();

        if ("".equals(str)) {
            System.out.println(0);
            return;
        }

        HashMap<Character, List<Integer>> map = getMap(chars);


        long t1 = System.nanoTime(), t2;
        // 递归
        recursive(str.toCharArray(), 0, start, 0, chars.length(), map);
        int resR = min;
        System.out.println(((t2 = System.nanoTime()) - t1) / 1000 + " ms");


        // 动态规划
        min = Integer.MAX_VALUE;
        int res = dpSolution(str.toCharArray(), start, chars.length(), map);
        System.out.println((System.nanoTime() - t2) / 1000 + " ms");

        if (resR != res) {
            throw new Exception("dp error");
        }

        System.out.println(min);
    }
// 输出
asdfasdfmasdoifaosdfhaosdmfoaierafasdfrtrenbvmbpodfgjdsfnvxcnviofdtuweortufasbdcnxmcvnjksdfhgoeritfsdfjknskadfhjadsnmopireawrffdjasdfabdfuioasdfjasdlfaldfopikmovndifujghbvqwerrtyuioplkjhmnbvgfdcsxzayh
yhnbgtamo
0
63471 ms
178 ms
82

Process finished with exit code 0

可以看到,chars仅仅是200个字符,时间就差300多倍。

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