DAY 8 青训营笔记:卡牌翻面求和 | 豆包MarsCode AI刷题

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学习心得

卡牌翻面求和问题是一个典型的动态规划问题,考察了在多种选择下,如何计算符合特定条件的方案数。该题主要是要求选择每张卡牌的正面或背面,使得所有卡牌的数字和能够被3整除。虽然题目本身看似简单,但其深度和难度体现在如何使用动态规划来优化方案的枚举。通过本题,我深入了解了动态规划、模运算和状态转移的应用,积累了宝贵的经验。

题目解析

题目的核心问题是:对于每张卡牌,正面和背面的数字不同,我们需要决定选择哪个面,使得所有选择的数字之和能够被3整除。需要特别注意的是,由于总和的可能结果非常大,题目要求结果对 (10^9 + 7) 取模。

1. 问题转化为模运算

每张卡牌有两个选择,分别是正面和背面的数字。我们需要关心的是数字对3的余数。因为题目要求我们找到所有总和能被3整除的组合数,实际上我们只需要关注每张卡牌选择后的数字对3的余数情况。

我们将每个数字对3取余后,将其转化为三个状态:余数0、余数1、余数2。这样,问题就转化为从三个状态中选择卡牌,使得最终的余数为0。

2. 动态规划设计

我们设计一个三维的动态规划数组 dp[r],其中 r 表示当前和对3的余数,dp[r] 记录当前余数为 r 时的方案数。初始时,dp[0] = 1,表示在未选择任何卡牌时,和为0,余数自然为0。

对于每张卡牌,我们更新状态:

  • 如果当前余数为 r,选择正面 a_i,则新的余数为 (r + a_i % 3) % 3
  • 如果当前余数为 r,选择背面 b_i,则新的余数为 (r + b_i % 3) % 3

这种方式可以通过逐步更新 dp 数组,最终计算出所有符合条件的方案数。

3. 动态规划的状态转移

每次处理一张卡牌时,我们根据当前余数 r,分别计算选择正面和选择背面后的新余数,并更新 dp 数组。由于状态转移时只依赖于前一轮的结果,因此可以利用空间优化,减少不必要的空间开销。

知识总结

  1. 模运算: 模运算是本题的关键。我们不需要关心数字本身的大小,只需要关注它们对3的余数。这可以大大减少问题的规模和复杂度。对于每一张卡牌,选择正面或背面时,都需要对其数字进行模3运算,转换为余数,简化后续的计算。

  2. 动态规划: 动态规划是处理这类选择问题的常用方法。通过状态转移方程,可以高效地计算出符合条件的方案数。这里的状态 dp[r] 表示当前和对3的余数为 r 的方案数,利用转移方程不断更新状态,最终得到答案。

  3. 状态压缩: 对于每张卡牌的选择,可以通过状态压缩的方法来优化空间复杂度。在本题中,我们的状态只有3种(余数为0、1、2),因此可以将 dp 数组的空间复杂度从 (O(n)) 优化为常数空间 (O(1))。

  4. 模 (10^9 + 7): 由于答案可能非常大,题目要求对结果取模。这个常数 (10^9 + 7) 是一个常见的质数,用于避免溢出并保证计算结果的有效性。

学习计划

在学习本题的过程中,我意识到动态规划和模运算是解决类似问题的核心技术。为了更好地掌握这些技术,我制定了以下学习计划:

  1. 复习动态规划基础

    • 学习经典的动态规划题目,例如背包问题、最长子序列问题等,理解如何从状态转移方程出发,设计并实现动态规划算法。
    • 练习动态规划的状态压缩技巧,尤其是在处理较小的状态空间时如何优化空间复杂度。
  2. 掌握模运算的应用

    • 学习模运算的性质,尤其是在处理大数和数论问题时,如何高效地进行模加、模乘、模除等运算。
    • 练习在动态规划中如何结合模运算,避免溢出并得到正确答案。
  3. 解决更多的组合优化问题

    • 通过解更多的组合优化问题,逐步提高问题的复杂度,深入理解如何设计状态转移方程,以及如何优化计算过程。
  4. 通过刷题提高实践能力

    • 每天使用刷题平台(如豆包AI刷题功能)解决不同难度的题目,通过不断练习提升自己的编程能力和算法水平。
    • 在刷题过程中,注重总结每个题目的解法思路和优化技巧,形成自己的解题模板。

豆包AI刷题功能的运用

在实际学习过程中,我使用了豆包AI刷题功能,它提供了丰富的题库和高效的答题支持。通过使用这个功能,我可以根据自己的学习进度选择不同难度的题目,系统会给出详细的解题过程和优化建议,这对于提高我的解题效率和学习兴趣大有帮助。

尤其是在遇到像“卡牌翻面求和问题”这样稍显复杂的题目时,豆包AI的自动提示和动态规划相关的解题思路帮助我快速理解了问题的本质,并顺利得出了正确的解答。此外,平台还提供了多个不同解法的对比,帮助我从不同角度审视问题,提高了解决问题的灵活性。

通过豆包AI的题库和解题功能,我能够及时发现自己在某些知识点上的不足,及时查缺补漏,逐渐提高了解决复杂问题的能力。刷题过程中的即时反馈和分析帮助我不断优化自己的解题技巧,尤其是掌握了如何通过动态规划和模运算高效解决问题。

总结

通过这次学习卡牌翻面求和问题,我加深了对动态规划、模运算、状态转移和优化技巧的理解。通过系统的学习和实践,我掌握了从多种状态选择中计算符合条件的方案数的方法,并且能够利用空间优化技术减少不必要的计算开销。在未来的学习中,我将继续运用这些技术解决更复杂的问题,同时加强算法和编程能力的提升。