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动态规划问题

相关源文件

本文档提供了 LeetCode 仓库中动态规划问题解决方法的技术概述。动态规划 (DP) 是一种强大的算法技术,通过将复杂问题分解为简单的重叠子问题并存储它们的解以避免冗余计算来解决复杂问题。

有关动态规划作为概念的通用信息,请参阅 算法。有关在数组问题或树/图问题中的具体应用,请分别参阅 数组问题树和图问题

核心动态规划概念

动态规划解决方案通常涉及以下关键组成部分:

  1. 状态定义:定义 DP 数组/表中的每个元素代表什么
  2. 基本情况:为最简单的子问题初始化值
  3. 状态转移:定义如何从更小的子问题构建更大问题的解决方案的公式
  4. 实现方法:自下而上(制表法)或自顶向下(记忆化)

来源: problems/62.unique-paths.md60-98 problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md110-136 problems/416.partition-equal-subset-sum.md142-180

常见的动态规划问题类型

仓库中的动态规划问题可以分为几种模式:

来源: problems/62.unique-paths.md60-70 problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md37-110 problems/416.partition-equal-subset-sum.md47-52 problems/139.word-break.md44-60

状态定义和转移技术

状态定义和转移方程是任何动态规划解决方案的核心。以下是仓库中的常见模式示例:

一维 DP 数组

对于“最大子数组”等问题:

来源: problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md110-136

二维 DP 数组

对于像“Unique Paths”这样的基于网格的问题:

来源: problems/62.unique-paths.md60-98 problems/63.unique-paths-ii.md52-70

实现方法

自底向上 (制表)

自下而上的方法从基本情况开始迭代地构建解决方案。

来源: problems/62.unique-paths.md129-152

自顶向下 (记忆化)

自顶向下的方法使用带缓存(记忆化)的递归。

来源: problems/62.unique-paths.md106-114

空间优化技术

许多 DP 解决方案可以优化以使用更少的内存。常见技术包括:

降维

将二维 DP 数组解决方案转换为一维。

来源: problems/62.unique-paths.md94-98 problems/416.partition-equal-subset-sum.md209-245

“Unique Paths”示例

来源: problems/62.unique-paths.md157-166

使用常数变量

对于某些问题,我们可以进一步优化,只使用常数个变量。

来源: problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md379-387

经典动态规划问题

路径问题

“Unique Paths”和“Unique Paths with Obstacles”等基于网格的问题遵循一致的模式。

来源: problems/62.unique-paths.md60-70 problems/63.unique-paths-ii.md52-70

划分问题

涉及划分或子集选择的问题通常使用背包模式的变体。

来源: problems/416.partition-equal-subset-sum.md142-180

字符串问题

字符串上的动态规划需要不同的状态定义。

来源: problems/139.word-break.md60-95

解决动态规划问题的流程

在处理 DP 问题时,请遵循以下步骤:

  1. 确定 DP 是否适用:

    • 寻找重叠子问题
    • 检查是否存在最优子结构
  2. 定义状态:

    • 我们需要什么信息来表示一个子问题?
    • dp[i] 或 dp[i][j] 代表什么?
  3. 制定基本情况:

    • 初始化最简单的情况
  4. 开发状态转移方程:

    • 如何从更小的问题构建到更大的问题?
  5. 确定计算顺序:

    • 自下而上还是自顶向下?
  6. 实现和优化:

    • 空间和时间优化技术

来源: problems/62.unique-paths.md60-98 problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md110-136 problems/416.partition-equal-subset-sum.md142-180

与其他问题类型的关系

动态规划经常与其他算法技术交叉。

来源: problems/416.partition-equal-subset-sum.md246-295 problems/139.word-break.md44-95

常见陷阱和优化技巧

  • 记忆化结构:选择合适的数据结构进行缓存。
  • 迭代顺序:确保计算顺序符合依赖关系。
  • 基本情况:正确初始化边界条件。
  • 空间优化:考虑是否可以降低维度。
  • 时间复杂度:分析状态和转移的数量。

来源: problems/62.unique-paths.md116-122 problems/416.partition-equal-subset-sum.md209-245

延伸阅读

要练习更多动态规划模式,请探索这些相关问题:

  • 最大乘积子数组
  • 最长递增子序列
  • 编辑距离
  • 硬币找零
  • 房屋抢劫犯

来源: problems/53.maximum-sum-subarray-cn.md410-414 problems/62.unique-paths.md195-199