动态规划之猜数字大小 II

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动态规划(Dynamic Programming)是一种分阶段求解决策问题的数学思想,它通过把原问题分解为简单的子问题来解决复杂问题。

猜数字大小 II

我们正在玩一个猜数游戏,游戏规则如下:

我从 1 到 n 之间选择一个数字。 你来猜我选了哪个数字。 如果你猜到正确的数字,就会 赢得游戏 。 如果你猜错了,那么我会告诉你,我选的数字比你的 更大或者更小 ,并且你需要继续猜数。 每当你猜了数字 x 并且猜错了的时候,你需要支付金额为 x 的现金。如果你花光了钱,就会 输掉游戏 。 给你一个特定的数字 n ,返回能够 确保你获胜 的最小现金数,不管我选择那个数字 。

  示例 1:

输入:n = 1

输出:0

解释:只有一个可能的数字,所以你可以直接猜 1 并赢得游戏,无需支付任何费用。

示例 2:

输入:n = 2

输出:1

解释:有两个可能的数字 1 和 2 。

你可以先猜 1 。

  • 如果这是我选中的数字,你的总费用为 0。否则,你需要支付0 。否则,你需要支付 1 。
  • 如果我的数字更大,那么这个数字一定是 2 。你猜测数字为 2 并赢得游戏,总费用为 $1 。

最糟糕的情况下,你需要支付 $1 。

动态规划

  • 状态定义:dp[i][j]表示选中的数在 [i,j] 之间时能够确保获胜需要备用的现金数;
  • 状态转移:dp[i][j]=min{k=i->j}(max(dp[i][k-1], dp[i][k+1]) + k);
  • 初始值:对于只有一个数时,选中的数肯定就是这个数,代价为0,所以,初始值为 dp[i][i] = 0,Java中不需要特殊处理;
  • 返回值:dp[1][n];

通过状态转移公式,可以看到,区间 [i,j] 依赖于更小的区间 [i,x-1] 和 [x+1,j],所以,我们可以先计算长度小的区间,再计算长度大的区间,这里有两种写法: 一种是枚举长度,从小到大;一种是 i 和 j 保持反向遍历;

代码如下:

fun getMoneyAmount(n: Int): Int {
    val dp = Array(n + 2) { IntArray(n + 2) }
    for (i in n - 1 downTo 1) {
        for (j in i + 1..n) {
            var min = Int.MAX_VALUE
            for (k in i..j) {
                min = Math.min(min, Math.max(dp[i][k - 1], dp[k + 1][j]) + k)
            }
            dp[i][j] = min
        }
    }
    return dp[1][n]
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n^3)
  • 空间复杂度:O(n^2)