【算法面试题超级干货】翻转0、1-LeetCode第926题

这是LeetCode的第926题。

首先,由于这个问题求的是“最少的翻转次数”,这是求一个问题的最优解。通常当我们需要求解一个问题的最优解(求最大值或最小值)的时候,可以考虑动态规划。

动态规划总是从递归的分析开始。如果一个只包含'0'和'1'的字符串的长度为i。在翻转第i个字符的时候,我们假设它的前i-1个字符都已经按照规则翻转完毕,并得到一个长度为i-1的单调递增字符串。

如果前i-1个字符在翻转某些'0’、'1'之后,得到的单调递增字符串的最后一个字符是'0',那么无论第i个字符是'0'还是'1',这i个字符组成的字符串都是单调递增的。

如果前i-1个字符在翻转某些'0’、'1'之后得到的单调递增字符串的最后一个字符是'1',那么我们必须保证第i个数字是1,才能确保前i个字符组成的字符串是单调递增的。

由于翻转第i个字符依赖前i-1个字符翻转之后最后一个字符是0还是1,因此我们要分两种情况讨论。

假设函数f(i)表示把字符串前i个字符变成单调递增字符串所需要的最少翻转次数,同时翻转之后最后一个数字是0。当第i个字符是0时,f(i)=f(i-1);当第i个字符是1时,f(i)=f(i-1)+1,因为要把第i个字符翻转成0。

假设函数g(i)表示把字符串前i个字符变成单调递增字符串所需要的最少翻转次数,同时翻转之后最后一个数字是1。当第i个字符是0时,g(i)=min[f(i-1), g(i-1)] + 1,因为要把第i个字符翻转成1;当第i个字符是1时,g(i)=min[f(i-1), g(i-1)]。由于第i个字符是1,那么前i-1个字符翻转之后最后一个字符无论是0还是1,翻转之后前i个字符一定是单调递增的。

一般动态规划相关的题目一旦找出了递归的表达式之后,我们可以基于递归加缓存的框架写自上而下的代码,也可以基于循环写自下而上的代码。下面是自下而上的参考代码:

代码片段

上述代码中,数组dp0存的是函数f(i)的值,而dp1存的函数g(i)的值。由于代码中存在一个for循环,时间复杂度是O(n)(n是输入字符串的长度)。由于创建了两个数组dp0和dp1,它们的长度都是n,因此空间复杂度也是O(n)。

注意到求f(i)和g(i)的值的时候,只需要用到f(i-1)和g(i-1)的值,因此我们并不需要把两个数组dp0和dp1都缓存下来。实际上我们需要只需要保存dp0和dp1的各自前一个值就行了,因此可以进一步优化空间效率。优化之后的代码如下所示:

代码片段

优化之后不再需要两个数组,因此空间效率为O(1)。

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