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Python面试——剑指offer&leedcode刷题整理（动态规划）_剑指offer 动态规划 python

作者：一键难忘520 | 2024-08-20 03:57:45

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剑指offer 动态规划 python

1、变位词

判断两个单词是否是变位词

s1 = 'abcde'

s2 = 'acbde'

test = AnagramDetection()

方法一：


class AnagramDetection:
    # 先对两个字符串进行list化
    # 对字符串对应的两个list进行排序
    # 依次比较字符是否匹配
    def anagramSolution1(self, s1, s2):
        alist1 = list(s1)
        alist2 = list(s2)
 
        alist1.sort()
        alist2.sort()
 
        pos = 0
        matches = True
 
        while pos < len(s1) and matches:
            if alist1[pos] == alist2[pos]:
                pos = pos + 1
            else:
                matches = False
 
        return matches

方法二：


# 首先将两个字符串list化
    # 将两个list中的字符生成两个set
    # 比较两个set, 如果不相等直接返回false
    # 如果两个set相等, 比较每个set中字符在相应list中的个数, 个数不同返回false
    def anagramSolution3(self, s1, s2):
        alist1 = list(s1)
        alist2 = list(s2)
 
        aset1 = set(alist1)
        aset2 = set(alist2)
 
        if aset1 != aset2:
            return False
        else:
            for ch in aset1:
                if alist1.count(ch) != alist2.count(ch):
                    return False
            return True

把若干单词按照变位词进行分类：


def string_to_sort_list(word):
    l1 = list(word)
    l1.sort()
    return ''.join(l1)
 
def AnagramDetection(word_list):
    temp_dict = dict()
    for word in word_list:
        new_word = string_to_sort_list(word)
        temp_dict.setdefault(new_word, [])
        temp_dict[new_word].append(word)
    ret = []
    for key, value in temp_dict.iteritems():
        ret.append(value)
    print ret
 
word_list = ["cars", "thing", "scar", "dog", "god", "arcs", "the"]
AnagramDetection(word_list)
#print [['cars', 'scar', 'arcs'], ['the'], ['thing'], ['dog', 'god']]

2、动态规划

1、硬币最大值问题


# 解决动态规划中的币值最大化问题---在满足所选硬币不相邻的条件下,从一堆硬币中选择最大金额的硬币
# 输入数组C[1..n]保存n个硬币的面值
# 输出可选硬币的最大金额
def coinRow(coinrow):
    alist = [0]*(len(coinrow)+1)
    alist[1] = coinrow[0]
    for i in range(2, len(coinrow)+1):
        alist[i] = max(coinrow[i-1]+alist[i-2], alist[i-1])
    return alist.pop()
 
print(coinRow([5, 1, 2, 10, 6, 2]))


private int rob(int[] nums, int first, int last) {
    int pre2 = 0, pre1 = 0;
    for (int i = first; i <= last; i++) {
        int cur = Math.max(pre1, pre2 + nums[i]);
        pre2 = pre1;
        pre1 = cur;
    }
    return pre1;
}

2、0-1背包问题：

参照博文：https://blog.csdn.net/wulitaotao96/article/details/95097133


w= [0 , 2 , 3 , 4 , 5 ]			#商品的体积2、3、4、5
v = [0 , 3 , 4 , 5 , 6 ]		#商品的价值3、4、5、6
bagV = 8;					        #背包大小
dp = [[0 for i in range(9) ]for i in range(5)]		       #动态规划表
item = [0]*5                 #最优解情况
def findMax(): #动态规划
    for i in range (5):
        for j in range(bagV+1):
            if j < w[i]:
                dp[i][j] = dp[i - 1][j];
            else:
                dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - w[i]] + v[i]);
def findWhat(i,j): #最优解情况
    if i>=0:
        if dp[i][j] == dp[i-1][j]:
            item[i] = 0
            findWhat(i-1,j)
        elif j - w[i] >= 0 and  dp[i][j] == dp[i - 1][j - w[i]] + v[i]:
            item[i] = 1
            findWhat(i-1,j-w[i])
 
def print1():
    for i in range(5):
        res = []
        for j in range(9):
            res.append(dp[i][j])
        print(res)
    print(item)
findMax()
findWhat(4,8)
print1()

3、斐波那契数列

爬楼梯

70. Climbing Stairs (Easy)

Leetcode / 力扣

题目描述：有 N 阶楼梯，每次可以上一阶或者两阶，求有多少种上楼梯的方法。

定义一个数组 dp 存储上楼梯的方法数（为了方便讨论，数组下标从 1 开始），dp[i] 表示走到第 i 个楼梯的方法数目。

第 i 个楼梯可以从第 i-1 和 i-2 个楼梯再走一步到达，走到第 i 个楼梯的方法数为走到第 i-1 和第 i-2 个楼梯的方法数之和。

考虑到 dp[i] 只与 dp[i - 1] 和 dp[i - 2] 有关，因此可以只用两个变量来存储 dp[i - 1] 和 dp[i - 2]，使得原来的 O(N) 空间复杂度优化为 O(1) 复杂度。


public int climbStairs(int n) {
    if (n <= 2) {
        return n;
    }
    int pre2 = 1, pre1 = 2;
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        int cur = pre1 + pre2;
        pre2 = pre1;
        pre1 = cur;
    }
    return pre1;
}

4、矩阵的最小路径和

参照：https://blog.csdn.net/FiveStarsGeneral/article/details/90941097

（1）leetcode 64题

题目描述：

给定一个包含非负整数的 m x n 网格，请找出一条从左上角到右下角的路径，使得路径上的数字总和为最小。

说明：每次只能向下或者向右移动一步。

示例:

    输入:
    [
      [1,3,1],
      [1,5,1],
      [4,2,1]
    ]
    输出: 7
    解释: 因为路径 1→3→1→1→1 的总和最小。

Solution：

又涉及到最小路径，或是求最优解的题目，基本上就套动态规划...就要考虑状态转移方程：

设最短路径为dp[][]这道题目的状态转移方程存在这么几种情况：

    如果i=j=0,即当前位置为左上角：
    dp[i][j] = grid[0][0]
    2.如果i=0，j!=0，即当前位置在第一行：
    dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i][j-1]
    因为上一个位置只能是左面的位置
    3.如果j=0，i!=0，即当前位置在第一列：
    dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i-1][j]
    因为上一个位置只能是上面的位置
    4.其他情况，即在除第一行第一列其他位置：
    dp[i][j] = grid[i][j] + min(dp[i][j-1],dp[i-1][j])
    这就要看左面位置和上面位置哪个数小

CODE:


v = np.array([[1, 3, 5, 9], [8, 1, 3, 4], [5, 0, 6, 1], [8, 8, 4, 0]])
 
class Solution(object):
    def minPathSum(self, grid):
        """
        :type grid: List[List[int]]
        :rtype: int
        :m 行数
        :n 列数
        """
        m,n = len(grid),len(grid[0])
        dp = [[0 for i in range(n)] for j in range(m)]
        for i in range(m):
            for j in range(n):
                if i == 0 and j == 0:
                    dp[0][0] = grid[0][0]
                elif i == 0:
                    dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i][j - 1]
                elif j == 0:
                    dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i - 1][j]
                else:
                    dp[i][j] = grid[i][j] + min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1])
        return dp[m-1][n-1]
mt = Solution()
print(mt.minPathSum(v))

当然也可以不使用额外的数组存储路径值，直接用grid自身就可以。用一个dp二维数组可以更清晰一些
（2）leetcode 62题

题目描述：统计从矩阵左上角到右下角的路径总数，每次只能向右或者向下移动。


class Solution(object):
    def uniquePaths(self, m, n):
        """
        :type m: int
        :type n: int
        :rtype: int
        """
        res=[[1 for i in range(n)] for i in range(m)]  
        #m与n的位置别弄反了，m是行，n是列，第一行，第一列初始值都赋值为1
        for i in range(1,m):
            for j in range(1,n):
                res[i][j]=res[i-1][j]+res[i][j-1]
        return res[m-1][n-1]

（3）编辑距离
链接：https://www.zhihu.com/question/23995189/answer/1094101149

这次给的这道题比上面的难一些，在 leetcdoe 的定位是 hard 级别。好像是 leetcode 的第 72 号题。

问题描述

给定两个单词 word1 和 word2，计算出将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数。

你可以对一个单词进行如下三种操作：

插入一个字符删除一个字符替换一个字符


示例：
输入: word1 = "horse", word2 = "ros"
输出: 3
解释: 
horse -> rorse (将 'h' 替换为 'r')
rorse -> rose (删除 'r')
rose -> ros (删除 'e')

解答

还是老样子，按照上面三个步骤来，并且我这里可以告诉你，90% 的字符串问题都可以用动态规划解决，并且90%是采用二维数组。

步骤一、定义数组元素的含义

由于我们的目的求将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数。那我们就定义 dp[i] [j]的含义为：当字符串 word1 的长度为 i，字符串 word2 的长度为 j 时，将 word1 转化为 word2 所使用的最少操作次数为 dp[i] [j]。

有时候，数组的含义并不容易找，所以还是那句话，我给你们一个套路，剩下的还得看你们去领悟。

步骤二：找出关系数组元素间的关系式

接下来我们就要找 dp[i] [j] 元素之间的关系了，比起其他题，这道题相对比较难找一点，但是，不管多难找，大部分情况下，dp[i] [j] 和 dp[i-1] [j]、dp[i] [j-1]、dp[i-1] [j-1] 肯定存在某种关系。因为我们的目标就是，**从规模小的，通过一些操作，推导出规模大的。对于这道题，我们可以对 word1 进行三种操作

插入一个字符删除一个字符替换一个字符

由于我们是要让操作的次数最小，所以我们要寻找最佳操作。那么有如下关系式：

一、如果我们 word1[i] 与 word2 [j] 相等，这个时候不需要进行任何操作，显然有 dp[i] [j] = dp[i-1] [j-1]。（别忘了 dp[i] [j] 的含义哈）。

二、如果我们 word1[i] 与 word2 [j] 不相等，这个时候我们就必须进行调整，而调整的操作有 3 种，我们要选择一种。三种操作对应的关系试如下（注意字符串与字符的区别）：

（1）、如果把字符 word1[i] 替换成与 word2[j] 相等，则有 dp[i] [j] = dp[i-1] [j-1] + 1;

（2）、如果在字符串 word1末尾插入一个与 word2[j] 相等的字符，则有 dp[i] [j] = dp[i] [j-1] + 1;

（3）、如果把字符 word1[i] 删除，则有 dp[i] [j] = dp[i-1] [j] + 1;

那么我们应该选择一种操作，使得 dp[i] [j] 的值最小，显然有

dp[i] [j] = min(dp[i-1] [j-1]，dp[i] [j-1]，dp[[i-1] [j]]) + 1;

于是，我们的关系式就推出来了，

步骤三、找出初始值

显然，当 dp[i] [j] 中，如果 i 或者 j 有一个为 0，那么还能使用关系式吗？答是不能的，因为这个时候把 i - 1 或者 j - 1，就变成负数了，数组就会出问题了，所以我们的初始值是计算出所有的 dp[0] [0….n] 和所有的 dp[0….m] [0]。这个还是非常容易计算的，因为当有一个字符串的长度为 0 时，转化为另外一个字符串，那就只能一直进行插入或者删除操作了。

代码如下


public int minDistance(String word1, String word2) {
    int n1 = word1.length();
    int n2 = word2.length();
    int[][] dp = new int[n1 + 1][n2 + 1];
    // dp[0][0...n2]的初始值
    for (int j = 1; j <= n2; j++) 
        dp[0][j] = dp[0][j - 1] + 1;
    // dp[0...n1][0] 的初始值
    for (int i = 1; i <= n1; i++) dp[i][0] = dp[i - 1][0] + 1;
        // 通过公式推出 dp[n1][n2]
    for (int i = 1; i <= n1; i++) {
        for (int j = 1; j <= n2; j++) {
            // 如果 word1[i] 与 word2[j] 相等。第 i 个字符对应下标是 i-1
            if (word1.charAt(i - 1) == word2.charAt(j - 1)){
                p[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
            }else {
               dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i - 1][j - 1], dp[i][j - 1]), dp[i - 1][j]) + 1;
            }         
        }
    }
    return dp[n1][n2];  
}

5、数组区间

（1）leetcode 303题

给定一个整数数组 nums，求出数组从索引 i 到 j (i ≤ j) 范围内元素的总和，包含 i, j 两点。

示例：

给定 nums = [-2, 0, 3, -5, 2, -1]，求和函数为 sumRange()

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

说明:

你可以假设数组不可变。
会多次调用 sumRange 方法。

Solution:(由于当array很长时，使用切片的方法求和会导致时间超时。所以可以新建一个array，它的每个元素代表对应前n个元素的和，例如nums_dp[1]表示数组nums前1个元素的和。对于给定区间[2, 5]对应的就是前6个元素的和减去前2个元素的和)


class NumArray(object):
 
    def __init__(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        """
        self.nums_dp = [0] * (len(nums)+1)
        for i in range(1, len(nums)+1):
            self.nums_dp[i] = self.nums_dp[i-1] + nums[i-1]
    
    def sumRange(self, i, j):
        """
        :type i: int
        :type j: int
        :rtype: int
        """
        return self.nums_dp[j+1] - self.nums_dp[i]
 
solution = NumArray([-2,0,3,-5,2,-1])
print(solution.sumRange(0, 2), solution.sumRange(2, 5), solution.sumRange(0, 5))
 
#输出 1 -1 -3

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