2 徒步旅行中的补给问题 | 豆包MarsCode AI刷题

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问题描述:

小R正在计划一次从地点A到地点B的徒步旅行,总路程需要 N 天。为了在旅途中保持充足的能量,小R每天必须消耗1份食物。幸运的是,小R在路途中每天都会经过一个补给站,可以购买食物进行补充。然而,每个补给站的食物每份的价格可能不同,并且小R最多只能同时携带 K 份食物。

现在,小R希望在保证每天都有食物的前提下,以最小的花费完成这次徒步旅行。你能帮助小R计算出最低的花费是多少吗?

思路解析:

我们需要设计一种方法,从第 i-1 天的状态转移到第 i 天的状态。 对于第 i 天和食物份数 l,我们需要考虑小R在前一天(第 i-1 天)可能的食物份数 j。 如果小R在第 i-1 天有 j 份食物,并且他决定在第 i 天通过购买或不带额外食物来拥有 l 份食物,则他的花费取决于他是否购买了食物以及购买了多少。

如果 l > j,则小R需要在第 i 天购买 l - j 份食物,花费为 (l - j) * data[i-1]data[i-1] 是第 i 天补给站的食物价格)。 如果 l <= j,则小R不需要在第 i 天购买食物,他的花费与前一天相同,即 dp[i-1][j]。 因此,状态转移方程可以表示为:dp[i][l] = min(dp[i-1][j] + (l - j) * data[i-1] (如果 l > j), dp[i-1][j] (如果 l <= j)),其中 j 的取值范围需要满足 0 <= j <= k 且 l-k <= j <= l(因为小R的携带限制是 k 份食物)。

解题步骤:

  1. 定义状态

    dp[i][l] 表示在第 i 天结束时,小R手上拥有 l 份食物的最小花费。 n 是总天数,k 是小R最多能携带的食物份数,data[i-1] 表示第 i 天补给站的食物价格(因为索引从0开始,所以 data[i-1] 对应第 i 天)。

  2. 初始化状态

    在第0天,小R还没有开始旅行,因此 dp[0][0] = 0 表示他手上没有食物,花费为0。 其他所有状态初始化为无穷大 float('inf'),因为我们还没有计算出这些状态的最小花费。

  3. 状态转移

    我们需要遍历所有天数 i 和所有可能的食物份数 l(从0到k),并计算从第 i-1 天到第 i 天时,小R在不同食物份数下的最小花费。

    对于第 i 天和第 l 份食物,我们需要考虑前一天(第 i-1 天)小R可能拥有的食物份数 j(从0到k)。 如果小R在第 i-1 天拥有 j 份食物,并且他决定在第 i 天购买 l-j+1 份食物(注意这里 l-j+1 应该是正数且不超过 k),则他的花费是 dp[i-1][j] + (l-j+1) * data[i-1]。 我们需要遍历所有可能的 j,并更新 dp[i][l] 为所有可能选择中的最小值。

  4. 边界条件

    在进行状态转移时,我们需要确保 l-j+1 的值在合理范围内(即大于等于0且小于等于k)。

  5. 最终结果

    在第 n 天结束时,小R不需要持有任何食物(因为最后一天不需要再携带食物),所以我们返回 dp[n][0],即第 n 天结束时手上没有食物的最小花费。

代码示例:

def solution(n, k, data):
    

    dp = [[float('inf')] * (k+1) for _ in range(n+1)]
    dp[0][0] = 0

    for i in range(1,1+n):
        for l in range(k):
            for j in range(k):
                if l- j +1 >= 0 and l-j+1 <=k:
                    dp[i][l] = min(dp[i][l],dp[i-1][j] + (l-j+1) * data[i-1])
    return dp[n][0]
    

个人思考:

在实际计算中,可以进一步优化状态转移的过程,减少不必要的计算。如可以注意到如果小R在第 i 天结束时需要 l 份食物,那么他最多只需要考虑前一天拥有 l-k 到 l 份食物的情况,因为超过这个范围的食物份数对他当前的状态没有影响。

这个解题的核心是利用动态规划来逐步构建出每一天结束时小R在不同食物份数下的最小花费,并通过状态转移来找到最终的最小花费。