mirror of
https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2026-04-23 18:11:45 +08:00
Fix a definition.
This commit is contained in:
@@ -110,7 +110,7 @@ $$
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
本题也可以进行状态压缩,将一维压缩至零维,使得空间复杂度从 $O(n)$ 降低至 $O(1)$ 。
|
||||
本题也可以进行空间优化,将一维压缩至零维,使得空间复杂度从 $O(n)$ 降低至 $O(1)$ 。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -374,7 +374,7 @@ $$
|
||||
=== "<12>"
|
||||

|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
由于每个格子只与其左边和上边的格子有关,因此我们可以只用一个单行数组来实现 $dp$ 表。
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -186,7 +186,7 @@ $$
|
||||
=== "<15>"
|
||||

|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
由于 $dp[i,j]$ 是由上方 $dp[i-1, j]$ 、左方 $dp[i, j-1]$ 、左上方状态 $dp[i-1, j-1]$ 转移而来,而正序遍历会丢失左上方 $dp[i-1, j-1]$ ,倒序遍历无法提前构建 $dp[i, j-1]$ ,因此两种遍历顺序都不可取。
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -442,7 +442,7 @@ $$
|
||||
- 将最小子问题对应的状态(即第 $1$ , $2$ 阶楼梯)称为「初始状态」。
|
||||
- 将递推公式 $dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]$ 称为「状态转移方程」。
|
||||
|
||||
## 状态压缩
|
||||
## 空间优化
|
||||
|
||||
细心的你可能发现,**由于 $dp[i]$ 只与 $dp[i-1]$ 和 $dp[i-2]$ 有关,因此我们无须使用一个数组 `dp` 来存储所有子问题的解**,而只需两个变量滚动前进即可。
|
||||
|
||||
@@ -520,4 +520,4 @@ $$
|
||||
|
||||
观察以上代码,由于省去了数组 `dp` 占用的空间,因此空间复杂度从 $O(n)$ 降低至 $O(1)$ 。
|
||||
|
||||
**这种空间优化技巧被称为「状态压缩」**。在常见的动态规划问题中,当前状态仅与前面有限个状态有关,这时我们可以应用状态压缩,只保留必要的状态,通过“降维”来节省内存空间。
|
||||
在动态规划问题中,当前状态往往仅与前面有限个状态有关,这时我们可以只保留必要的状态,通过“降维”来节省内存空间。**这种空间优化技巧被称为“滚动变量”或“滚动数组”**。
|
||||
|
||||
@@ -336,11 +336,11 @@ $$
|
||||
=== "<14>"
|
||||

|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
由于每个状态都只与其上一行的状态有关,因此我们可以使用两个数组滚动前进,将空间复杂度从 $O(n^2)$ 将低至 $O(n)$ 。
|
||||
|
||||
进一步思考,我们是否可以仅用一个数组实现状态压缩呢?观察可知,每个状态都是由正上方或左上方的格子转移过来的。假设只有一个数组,当开始遍历第 $i$ 行时,该数组存储的仍然是第 $i-1$ 行的状态。
|
||||
进一步思考,我们是否可以仅用一个数组实现空间优化呢?观察可知,每个状态都是由正上方或左上方的格子转移过来的。假设只有一个数组,当开始遍历第 $i$ 行时,该数组存储的仍然是第 $i-1$ 行的状态。
|
||||
|
||||
- 如果采取正序遍历,那么遍历到 $dp[i, j]$ 时,左上方 $dp[i-1, 1]$ ~ $dp[i-1, j-1]$ 值可能已经被覆盖,此时就无法得到正确的状态转移结果。
|
||||
- 如果采取倒序遍历,则不会发生覆盖问题,状态转移可以正确进行。
|
||||
@@ -348,7 +348,7 @@ $$
|
||||
下图展示了在单个数组下从第 $i = 1$ 行转换至第 $i = 2$ 行的过程。请思考正序遍历和倒序遍历的区别。
|
||||
|
||||
=== "<1>"
|
||||

|
||||

|
||||
|
||||
=== "<2>"
|
||||

|
||||
|
||||
@@ -11,8 +11,8 @@
|
||||
**背包问题**
|
||||
|
||||
- 背包问题是最典型的动态规划题目,具有 0-1 背包、完全背包、多重背包等变种问题。
|
||||
- 0-1 背包的状态定义为前 $i$ 个物品在剩余容量为 $c$ 的背包中的最大价值。根据不放入背包和放入背包两种决策,可得到最优子结构,并构建出状态转移方程。在状态压缩中,由于每个状态依赖正上方和左上方的状态,因此需要倒序遍历列表,避免左上方状态被覆盖。
|
||||
- 完全背包的每种物品的选取数量无限制,因此选择放入物品的状态转移与 0-1 背包不同。由于状态依赖于正上方和正左方的状态,因此在状态压缩中应当正序遍历。
|
||||
- 0-1 背包的状态定义为前 $i$ 个物品在剩余容量为 $c$ 的背包中的最大价值。根据不放入背包和放入背包两种决策,可得到最优子结构,并构建出状态转移方程。在空间优化中,由于每个状态依赖正上方和左上方的状态,因此需要倒序遍历列表,避免左上方状态被覆盖。
|
||||
- 完全背包的每种物品的选取数量无限制,因此选择放入物品的状态转移与 0-1 背包不同。由于状态依赖于正上方和正左方的状态,因此在空间优化中应当正序遍历。
|
||||
- 零钱兑换问题是完全背包的一个变种。它从求“最大”价值变为求“最小”硬币数量,因此状态转移方程中的 $\max()$ 应改为 $\min()$ 。从求“不超过”背包容量到求“恰好”凑出目标金额,因此使用 $amt + 1$ 来表示“无法凑出目标金额”的无效解。
|
||||
- 零钱兑换 II 问题从求“最少硬币数量”改为求“硬币组合数量”,状态转移方程相应地从 $\min()$ 改为求和运算符。
|
||||
|
||||
@@ -20,4 +20,4 @@
|
||||
|
||||
- 编辑距离(Levenshtein 距离)用于衡量两个字符串之间的相似度,其定义为从一个字符串到另一个字符串的最小编辑步数,编辑操作包括添加、删除、替换。
|
||||
- 编辑距离问题的状态定义为将 $s$ 的前 $i$ 个字符更改为 $t$ 的前 $j$ 个字符所需的最少编辑步数。当 $s[i] \ne t[j]$ 时,具有三种决策:添加、删除、替换,它们都有相应的剩余子问题。据此便可以找出最优子结构与构建状态转移方程。而当 $s[i] = t[j]$ 时,无须编辑当前字符。
|
||||
- 在编辑距离中,状态依赖于其正上方、正左方、左上方的状态,因此状态压缩后正序或倒序遍历都无法正确地进行状态转移。为此,我们利用一个变量暂存左上方状态,从而转化到与完全背包等价的情况,可以在状态压缩后进行正序遍历。
|
||||
- 在编辑距离中,状态依赖于其正上方、正左方、左上方的状态,因此空间优化后正序或倒序遍历都无法正确地进行状态转移。为此,我们利用一个变量暂存左上方状态,从而转化到与完全背包等价的情况,可以在空间优化后进行正序遍历。
|
||||
|
||||
@@ -104,14 +104,14 @@ $$
|
||||
[class]{}-[func]{unbounded_knapsack_dp}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
由于当前状态是从左边和上边的状态转移而来,**因此状态压缩后应该对 $dp$ 表中的每一行采取正序遍历**。
|
||||
由于当前状态是从左边和上边的状态转移而来,**因此空间优化后应该对 $dp$ 表中的每一行采取正序遍历**。
|
||||
|
||||
这个遍历顺序与 0-1 背包正好相反。请借助下图来理解两者的区别。
|
||||
|
||||
=== "<1>"
|
||||

|
||||

|
||||
|
||||
=== "<2>"
|
||||

|
||||
@@ -370,9 +370,9 @@ $$
|
||||
=== "<15>"
|
||||

|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
零钱兑换的状态压缩的处理方式和完全背包一致。
|
||||
零钱兑换的空间优化的处理方式和完全背包一致。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
@@ -540,9 +540,9 @@ $$
|
||||
[class]{}-[func]{coin_change_ii_dp}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 状态压缩
|
||||
### 空间优化
|
||||
|
||||
状态压缩处理方式相同,删除硬币维度即可。
|
||||
空间优化处理方式相同,删除硬币维度即可。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -2,17 +2,25 @@
|
||||
|
||||
在某些情况下,我们希望使用一个列表的所有元素来构建一个堆,这个过程被称为“建堆操作”。
|
||||
|
||||
## 借助入堆方法实现
|
||||
## 自上而下构建
|
||||
|
||||
最直接的方法是借助“元素入堆操作”实现。我们首先创建一个空堆,然后将列表元素依次执行“入堆”。
|
||||
我们首先创建一个空堆,然后遍历列表,依次对每个元素执行“入堆操作”,即先将元素添加至堆的尾部,再对该元素执行“从底至顶”堆化。
|
||||
|
||||
设元素数量为 $n$ ,入堆操作使用 $O(\log{n})$ 时间,因此将所有元素入堆的时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
|
||||
每当一个元素入堆,堆的长度就加一,因此堆是“自上而下”地构建的。
|
||||
|
||||
## 基于堆化操作实现
|
||||
设元素数量为 $n$ ,每个元素的入堆操作使用 $O(\log{n})$ 时间,因此该建堆方法的时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。
|
||||
|
||||
有趣的是,存在一种更高效的建堆方法,其时间复杂度可以达到 $O(n)$ 。我们先将列表所有元素原封不动添加到堆中,然后倒序遍历该堆,依次对每个节点执行“从顶至底堆化”。
|
||||
## 自下而上构建
|
||||
|
||||
请注意,因为叶节点没有子节点,所以无须堆化。在代码实现中,我们从最后一个节点的父节点开始进行堆化。
|
||||
实际上,我们可以实现一种更为高效的建堆方法,共分为两步。
|
||||
|
||||
1. 将列表所有元素原封不动添加到堆中。
|
||||
2. 倒序遍历堆(即层序遍历的倒序),依次对每个非叶节点执行“从顶至底堆化”。
|
||||
|
||||
在倒序遍历中,堆是“自下而上”地构建的,需要重点理解以下两点。
|
||||
|
||||
- 由于叶节点没有子节点,因此无需对它们执行堆化。最后一个节点的父节点是最后一个非叶节点。
|
||||
- 在倒序遍历中,我们能够保证当前节点之下的子树已经完成堆化(已经是合法的堆),而这是堆化当前节点的前置条件。
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
@@ -88,24 +96,24 @@
|
||||
|
||||
## 复杂度分析
|
||||
|
||||
为什么第二种建堆方法的时间复杂度是 $O(n)$ ?我们来展开推算一下。
|
||||
下面,我们来尝试推算第二种建堆方法的时间复杂度。
|
||||
|
||||
- 在完全二叉树中,设节点总数为 $n$ ,则叶节点数量为 $(n + 1) / 2$ ,其中 $/$ 为向下整除。因此,在排除叶节点后,需要堆化的节点数量为 $(n - 1)/2$ ,复杂度为 $O(n)$ 。
|
||||
- 在从顶至底堆化的过程中,每个节点最多堆化到叶节点,因此最大迭代次数为二叉树高度 $O(\log n)$ 。
|
||||
- 假设完全二叉树的节点数量为 $n$ ,则叶节点数量为 $(n + 1) / 2$ ,其中 $/$ 为向下整除。因此需要堆化的节点数量为 $(n - 1) / 2$ 。
|
||||
- 在从顶至底堆化的过程中,每个节点最多堆化到叶节点,因此最大迭代次数为二叉树高度 $\log n$ 。
|
||||
|
||||
将上述两者相乘,可得到建堆过程的时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。**然而,这个估算结果并不准确,因为我们没有考虑到二叉树底层节点数量远多于顶层节点的特性**。
|
||||
将上述两者相乘,可得到建堆过程的时间复杂度为 $O(n \log n)$ 。**但这个估算结果并不准确,因为我们没有考虑到二叉树底层节点数量远多于顶层节点的性质**。
|
||||
|
||||
接下来我们来进行更为详细的计算。为了减小计算难度,我们假设树是一个“完美二叉树”,该假设不会影响计算结果的正确性。设二叉树(即堆)节点数量为 $n$ ,树高度为 $h$ 。
|
||||
接下来我们来进行更为准确的计算。为了减小计算难度,假设给定一个节点数量为 $n$ ,高度为 $h$ 的“完美二叉树”,该假设不会影响计算结果的正确性。
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
如上图所示,**节点“从顶至底堆化”的最大迭代次数等于该节点到叶节点的距离,而该距离正是“节点高度”**。因此,我们可以将各层的“节点数量 $\times$ 节点高度”求和,**从而得到所有节点的堆化迭代次数的总和**。
|
||||
如上图所示,节点“从顶至底堆化”的最大迭代次数等于该节点到叶节点的距离,而该距离正是“节点高度”。因此,我们可以将各层的“节点数量 $\times$ 节点高度”求和,**从而得到所有节点的堆化迭代次数的总和**。
|
||||
|
||||
$$
|
||||
T(h) = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \dots + 2^{(h-1)}\times1
|
||||
$$
|
||||
|
||||
化简上式需要借助中学的数列知识,先对 $T(h)$ 乘以 $2$ ,得到
|
||||
化简上式需要借助中学的数列知识,先对 $T(h)$ 乘以 $2$ ,得到:
|
||||
|
||||
$$
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
@@ -114,13 +122,13 @@ T(h) & = 2^0h + 2^1(h-1) + 2^2(h-2) + \dots + 2^{h-1}\times1 \newline
|
||||
\end{aligned}
|
||||
$$
|
||||
|
||||
使用错位相减法,用下式 $2 T(h)$ 减去上式 $T(h)$ ,可得
|
||||
使用错位相减法,用下式 $2 T(h)$ 减去上式 $T(h)$ ,可得:
|
||||
|
||||
$$
|
||||
2T(h) - T(h) = T(h) = -2^0h + 2^1 + 2^2 + \dots + 2^{h-1} + 2^h
|
||||
$$
|
||||
|
||||
观察上式,发现 $T(h)$ 是一个等比数列,可直接使用求和公式,得到时间复杂度为
|
||||
观察上式,发现 $T(h)$ 是一个等比数列,可直接使用求和公式,得到时间复杂度为:
|
||||
|
||||
$$
|
||||
\begin{aligned}
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user