Java_动态规划_下降路径最小和

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题目描述:

给你一个 n x n 的 方形 整数数组 matrix ,请你找出并返回通过 matrix 的下降路径 的 最小和 。

下降路径 可以从第一行中的任何元素开始,并从每一行中选择一个元素。在下一行选择的元素和当前行所选元素最多相隔一列(即位于正下方或者沿对角线向左或者向右的第一个元素)。具体来说,位置 (row, col) 的下一个元素应当是 (row + 1, col - 1)(row + 1, col) 或者 (row + 1, col + 1) 。

示例 1:

输入: matrix = [[2,1,3],[6,5,4],[7,8,9]] 输出: 13 解释: 如图所示,为和最小的两条下降路径

示例 2:

输入: atrix = [[-19,57],[-40,-5]] 输出:-59 解释: 如图所示,为和最小的下降路径

提示:

  • n == matrix.length == matrix[i].length
  • 1 <= n <= 100
  • -100 <= matrix[i][j] <= 100

题目解析

本题的思路使用动态规划,因为它拥有子结构,也就是重叠子问题,就是在计算 dp[i][j] 时,我们需要用到 dp[i-1][j-1]dp[i-1][j]dp[i-1][j+1]。 那么 dp[i][j] 的定义就是走到 i、j 下标时的步数。 动态转移方程怎么求呢?因为这题给定的就是只能往左下方,正下方,右下方走,假设我们要到达 i、j 处,就会有三种到达的方法,第一种是从左上方,第二种是正上方,第三种是右上方。我们只要知道从哪个方向的 dp值 最小,在加上 matrix[i][j] 也就是本身的步数。 dp[i][j] 就能够求出来。所以 dp[i][j] = matrix[i][j] + min (dp[i-1][j-1], dp[i-1][j], dp[i-1][j+1]) 这只是伪代码。 具体实现有两种方法,第一种是创建的二维数组和 matrix 一样大,然后在填充 dp 数组的时候进行判断边界条件,如写法一。 第二种就是创建一个 len + 1、len + 2 的二维数组,初始化的时候需要将数组两边的值设定为不影响结果的值,只要大于等于 100 就可以了。为了方便我设置了一个 int 的最大值。这种方法的好处就是不需要判断边界条件,因为边界条件的值对于结果无影响。

代码

写法一:

class Solution {
    public int minFallingPathSum(int[][] matrix) {
        int len = matrix.length;
        //创建dp表
        int[][] dp = matrix;
        if (len == 1) {
            return matrix[0][0];
        }
        int result = Integer.MAX_VALUE;
        //因为dp表的第一行等于matrix的第一行,所以不需要再次计算了
        for (int i = 1; i < len; i++) {
            for (int j = 0; j < len; j++) {
                int minPath = 0;
                if (j - 1 < 0) {
                    minPath = Math.min(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j + 1]);
                } else if (j + 1 == len) {
                    minPath = Math.min(dp[i - 1][j - 1], dp[i - 1][j]);
                } else {
                    minPath = Math.min(Math.min(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]),dp[i - 1][j + 1]);
                }
                dp[i][j] = minPath + matrix[i][j];
                if (i == len - 1) result = Math.min(dp[i][j], result);
            }
        }
        return result;
    }
}

写法二:

class Solution {
    public int minFallingPathSum(int[][] matrix) {
        int len = matrix.length;
        int[][] dp = new int[len + 1][len + 2];
        //将左右两列初始化为最大数,不影响填充dp的计算结果
        for (int i = 0; i < len + 1; i++) {
            dp[i][0] = dp[i][len + 1] = Integer.MAX_VALUE;
        }
        int result = Integer.MAX_VALUE;
        for (int i = 1; i <= len; i++) {
            for (int j = 1; j <= len; j++) {
                int minPath = Math.min(Math.min(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]),dp[i - 1][j + 1]);
                dp[i][j] = minPath + matrix[i - 1][j - 1];
                if (i == len) result = Math.min(dp[i][j], result);
            }
        }
        return result;
    }
}