news 2026/7/7 18:32:07

动态规划笔记1(入门)

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张小明

前端开发工程师

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动态规划笔记1(入门)

一.爬楼梯

leetcode 746.使用最小花费爬楼梯

(1)递归

思路:

1.分析状态

题目要求从0爬到第n个台阶,我们不妨想想到第i个台阶是什么样的?

令f(i)是到第i个台阶的最小花费,那么他该怎么表达呢?

题目中说如果你支付台阶的费用,那么你可以向上爬1或2个台阶

我们不妨想一下递归的过程

那么第i个台阶可以是第i-1个台阶上来的,也可以是第i-2个台阶上来的,那么就很明朗了,两种情况取最小值即可.

可以得出f(i) = min(f(i - 1) + cost[i - 1],f(i - 2) + cost[i - 2]);这个式子。

2.边界情况

(这里自顶向下递归)

当i <= 1的时候无台阶可爬(起点),返回0

代码:
​ ​ class Solution { public: int minCostClimbingStairs(vector<int>& cost){ int n = cost.size(); auto dp = [&](this auto&& dp,int i){ if(i <= 1){ return 0; } return min(dp(i - 1) + cost[i - 1],dp(i - 2) + cost[i - 2]); }; return dp(n); } }; ​ ​

嗯在leetcode上写的时候运行能通过,可是提交的时候显示超出时间限制,怎么办呢??

(2)递归优化->记忆化搜索

注意:调用f(i-1)的时候又会产生两个分支:f(i-2),f(i-3),而f(i-2)之前在调用f(i)的时候计算过了......以此类推,在递归的过程中会不断产生相同的分支。因此我们可以将这些分支全部"剪"掉。减少不必要的计算。

具体做法:

创建一个数组memo,并设置不会出bug的初始值,以i当访问该数组的下标,以f(i)作为memo[i]存的值,在每次访问的时候发现f(i)的量不等于初始值的时候返回memo[i]的值即可。

代码:
class Solution { public: int minCostClimbingStairs(vector<int>& cost) { int n = cost.size(); vector<int> memo(n + 1,-1); auto dp = [&](this auto&& dp,int i){ if(i <= 1){ return 0; } int& ret = memo[i]; if(ret > -1){ return ret; } return ret = min(dp(i - 1) + cost[i - 1],dp(i - 2) + cost[i - 2]); }; return dp(n); } };

(int& ret类似于c语言的指针,&是引用符,赋值的时候不用像指针一样解引用也能存里面)

(3)转化成递推

递推与递归本质是同一问题的两种表现形式,递推从已知向未知逐步求解,递归从未知向已知回溯。两者可通过状态定义与转移方程统一。

递推从边界正向推导,逐步填充状态。

思路:

1.找式子

只不过这次变成递推式,有了递归的经验,很容易便能找到递推式:

f[i]=min(f[i−1]+cost[i−1],f[i−2]+cost[i−2]);

2.递推入口:

我们自底向上计算,题目告诉我们可以从第0,1个台阶向上走,因此f[0] = 0;f[1] = 0;

3.返回值:

f[i]表示前i个的最小值,那么f[n]表示前n-1个最小值,返回f[n]

代码:
class Solution { public: int minCostClimbingStairs(vector<int>& cost) { int n = cost.size(); vector<int> f(n + 1); for (int i = 2; i <= n; i++) { f[i] = min(f[i - 1] + cost[i - 1], f[i - 2] + cost[i - 2]); } return f[n]; } };

(看有多少种状态决定开多大的数组)

二丶打家劫舍问题

leetcode 198. 打家劫舍

(1)递归(自动记忆化了哈)

思路:

1.状态表示

设f(i)是前i个能偷到的最大金额

怎么来的?假设前一次行动没偷,那可以是从i-1来的,如果是这样,那这次就不能再偷了。假设前一次行动偷了,那只能是i-2或者之前来的。又因为nums[i] >= 0那么我们尽可能偷就行了,只考虑这两种情况。

可以列出:f(i) = max(f(i - 1),f(i - 2)+nums[i]);

2.递归边界

当i<0的时候没房子能偷,返回0

3.入口

自顶向下算,因此是从n - 1开始。

代码:
class Solution { public: int rob(vector<int>& nums) { int n = nums.size(); vector<int> memo(n,-1); auto dp = [&](this auto&& dp,int i){ if(i < 0){ return 0; } int& ret = memo[i]; if(ret > -1){ return ret; } return ret = max(dp(i - 2) + nums[i],dp(i - 1)); }; return dp(n - 1); } };

(2)递推:

思路:

1.式子:

从上一集不难看出来式子为f[i] = max(f[i - 1],f[i - 2] + nums[i]);

2.入口:

不难发现递归最后遍历到的东西:f(-1),f(-2),可这玩意在数组里指定越界!怎么办?

数组整体往后移两位,令f(0) = 0,f(1) = 0即可。

3.大小:

从上分析不难得出大小是n + 2(考虑俩越界的)

代码:
class Solution { public: int rob(vector<int>& nums) { int n = nums.size(); vector<int> f(n + 2); for(int i = 2; i < n + 2; i++){ f[i] = max(f[i - 1],f[i - 2] + nums[i - 2]); } return f[n + 1]; } };

(nums里那个i还是那个i,没跟着f扩大,因此访问的时候要-2)

三丶最大子数组和

leetcode 53. 最大子数组和

(1)递归

思路:

1.状态表示

题目要求我们求出子数组的最大和,我们设f(i)是第i个元素及其之前所构成的最大和的子数组,那么f(i-1)就是第i-1及其之前元素所构成的最大和的子数组,对于f(i-1),我们有选或不选两种情况,而对于nums[i],我们必须选(因为子数组不能为空)。怎么思考选或者不选呢?当f(i-1)小于0的时候不选,因为选他比不选他还小,当f(i-1) <= 0的时候就可以选了(要么不变要么更大)。由此,我们可以列出式子:

f(i) = max(f(i - 1),0) + nums[i];

2.递归边界:

当i < 0的时候不可能存在子数组,返回INT_MIN。

3.入口:

自顶向下算。注意:因为是子数组,所以在哪里结尾都有可能,我们得枚举从0到n-1所有可能的结尾,也就是枚举入口。

4.代码:
class Solution { public: int maxSubArray(vector<int>& nums) { int n = nums.size(); vector<int> memo(n + 1,INT_MIN); auto dp = [&](this auto&& dp,int i){ if(i < 0){ return INT_MIN; } int& ret = memo[i]; if(ret != INT_MIN){ return ret; } return ret = max(dp(i - 1),0) + nums[i]; }; int ans = INT_MIN; for(int i = 0; i < n; i++) { ans = max(ans, dp(i)); } return ans; } };

(这种用递归实现会麻烦一点)

(2)递推

思路:

(其实递归那里基本都想完了)

1.式子:

由上可得,f[i] = max(f[i - 1],0) + nums[i];

2.入口:

由于子数组不能为空,所以入口是nums[i]。

3.大小:

从n到0,开大小为n的数组

4.代码:
​ class Solution { public: int maxSubArray(vector<int>& nums) { int n = nums.size(); vector<int> f(n); f[0] = nums[0]; for (int i = 1; i < nums.size(); i++) { f[i] = max(f[i - 1], 0) + nums[i]; } return ranges::max(f); } }; ​

(由于数组会存下每一种结尾可能的最大值,所以我们只用往后推就行,结果交给max函数)

总结

  1. 定义状态:明确dp(i)f[i]的含义。

  2. 写出转移方程:分析状态之间的关系。

  3. 确定边界与入口:确保递推/递归有起点。

  4. 选择实现方式:递归(+记忆化)或递推,根据问题特点选择。

  5. 避免模板化:理解本质,灵活应用

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