leetcode:只有两个键的键盘(八)

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题目:

最初在一个记事本上只有一个字符 'A'。你每次可以对这个记事本进行两种操作:

  1. Copy All (复制全部) : 你可以复制这个记事本中的所有字符(部分的复制是不允许的)。
  2. Paste (粘贴) : 你可以粘贴你上一次复制的字符。

给定一个数字 n 。你需要使用最少的操作次数,在记事本中打印出恰好 n 个 'A'。输出能够打印出 n 个 'A' 的最少操作次数。

示例:

输入: 3
输出: 3
解释:
最初, 我们只有一个字符 'A'。
第 1 步, 我们使用 Copy All 操作。
第 2 步, 我们使用 Paste 操作来获得 'AA'。
第 3 步, 我们使用 Paste 操作来获得 'AAA'

题解:

一:素数分解: 

看了 36 个 'A' 的分解之后,我们发现题目要求的就是 36 的所有素因子之和。素因子是指,该因子不可再次拆分。

 为什么非得拆解成 素因子 呢?因为当一个因子还可以分解成更小的因子的时候,那么分解后的结果会更小。 比如 36 = 18 * 2,题目所求的最优结果是 18 + 2 = 20 么?显然不是,因为如果把18 拆开 36 = 3 * 6 * 2,此时复制粘贴的个数只需要 3 + 6 + 2 = 12 次。但这仍然不是最优结果,36 = 3 * 2 * 3 * 2,此时复制粘贴的个数只需要 3 + 2 + 3 + 2 = 10 次。此时已经是最优了。

 具体证明就是要证明 m * n > m + n,等价于求 (m - 1)*(n - 1) > 1,当 m 和 n 大于 2 的时候上式永远成立。 至于代码,就是让我们求 n 能拆成哪些素因子。我们让 d 试探是否为因子从 2 开始递增,如果 n 能被 d 整除时,此时的 d 是 n 的一个素因子,求复制粘贴次数的结果中增加 d ;而且如果 d 是个素因子,那么要一次性把 n 中除掉所有的 d。 

class Solution {
    public int minSteps(int n) {
        int ans = 0, d = 2;
        while (n > 1) {
            while (n % d == 0) {
                ans += d;
                n /= d;
            }
            d++;
        }
        return ans;
    }
}

// by:负雪明烛

二:dp动态规划

 当 n 为质数,比如 2 3 5 7 ,那么只能一个个进行 P,先 C ,再进行 n - 1 次 P,加上原本的 A, 总共 n 个 A,刚好 进行 n 次操作,即 dp[n] = n  ​

 当 n 为非质数,有以下分解过程(后面讲为什么) ​ 

​ n == 8 ​ 

2 * 4:CP CPPP 6 步 ​

4 * 2:CPCP CP 6 步 ​ 

n == 12 ​ 

2 * 6:CP CPPCP 7 步 ​ 

6 * 2:CPPCP CP 7 步 ​ 

3 * 4:CPP CPCP 7 步 ​ 

4 * 3:CPCP PPP 7 步 ​ 

n == 16 ​ 

2 * 8:CP CPCPPP 8 步 ​ 

4 * 4:CPCP CPCP 8 步 

为什么只需要找其中一组即可,后面不会存在更小的步数么? ​

 答案是不会,首先看上面分解,直观的可以看出分解的每组因子最终步数都是相同的 ​ 有这么一条定理:除 0 和 1 外,任何一个自然数都可以写成几个质数相乘的形式 

 ​假设 n = 12,那么 ​ 

12 = 2 * 6 = 2 * 2 * 3 ​ 

12 = 3 * 4 = 3 * 2 * 2 ​ 

我们可以看出,12 最终都能分解成相同的质数乘积 2 * 2 * 3  

dp[i] = dp[j] + dp[i / j] 中为什么是 加法 的形式? ​

 比如 dp[12] = dp[6] + dp[2],可以有以下理解: 

先算出得到 6 个 A 需要多少步,然后需要 2 个这样的 6 个 A,那么相当于把前面的这 6 个 A 当作一个 A,需要得到 2 个  

class Solution {
    public int minSteps(int n) {
        
        int[] dp = new int[n + 1];

        for(int i = 2; i <= n; i++){
            dp[i] = i;
            for(int j = 2; j <= Math.sqrt(i); j++){
                //找到一组分解因子即可 break
                if(i % j == 0){
                    dp[i] = dp[j] + dp[i / j];
                    break;
                }
            }
        }
        return dp[n];
    }
}

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