题目解析
思路
这个问题是一个典型的动态规划问题,可以看作是在一个一维数组上求解最小花费的问题。每个补给站对应一个天数,并且在该天数可以以一定价格购买食物。小U需要确保在每一天都有食物,因此她需要在某些补给站购买食物以覆盖整个旅行。
我们可以定义一个动态规划数组 dp[i],表示在第 i 天时,小U完成旅行所需的最小花费。对于每一天 i,小U可以选择在之前的某个补给站 j 购买食物,以覆盖从 j 到 i 这段时间的食物需求。因此,状态转移方程可以表示为:
dp[i] = min(dp[j] + (i - j) * price[k]),其中 j 是小于等于 i 的某一天,k 是 j 之后第一个补给站的索引,price[k] 是该补给站的食物价格。
然而,直接应用这个状态转移方程会导致时间复杂度过高。我们可以优化这个问题,使用“前缀最小值”的思想。具体来说,我们可以维护一个数组 minCost[i],表示在第 i 天之前(包括第 i 天),在所有可能的补给站购买食物的最小花费。这样,我们只需要在遍历天数时,更新 minCost 数组,并同时计算 dp 数组。
图解
假设输入为 m = 5, n = 4, p = [[0, 2], [1, 3], [2, 1], [3, 2]]:
- 天数:0, 1, 2, 3, 4, 5
- 补给站及价格:[(0, 2), (1, 3), (2, 1), (3, 2)]
我们初始化 minCost 数组为无穷大,除了 minCost[0] = 0(因为第0天有一个补给站,且不需要额外购买)。
然后,我们遍历每一个补给站,更新 minCost 数组:
- 当遍历到第一个补给站 (0, 2) 时,更新
minCost[0] = 0(已经初始化)。 - 当遍历到第二个补给站 (1, 3) 时,
minCost[1] = min(minCost[0] + 1 * 2, 0 + 1 * 3) = 2。 - 当遍历到第三个补给站 (2, 1) 时,
minCost[2] = min(minCost[1] + 1 * 3, minCost[0] + 2 * 1) = 2。 - 当遍历到第四个补给站 (3, 2) 时,
minCost[3] = min(minCost[2] + 1 * 1, minCost[1] + 2 * 3, minCost[0] + 3 * 2) = 3。
最后,我们得到 minCost[4](或 dp[4],因为此时它们相等)为 min(minCost[3] + 1 * 2, minCost[2] + 2 * 1, ...),但因为我们已经更新了 minCost 数组,所以直接取 minCost[4] 即可。由于第4天之后没有补给站,我们需要额外计算 minCost[4] + 1 * inf(其中 inf 表示无穷大,表示在第5天无法购买食物),但因为我们只关心到第4天的最小花费,所以最终答案是 minCost[4]。
然而,为了简化计算,我们实际上不需要显式地计算每一天的 dp 值,而只需要维护一个到当前天为止的最小花费数组 minCost。
代码详解
python复制代码
def minCostToCompleteTrip(m, n, p):
# 初始化 minCost 数组为无穷大
minCost = [float('inf')] * (m + 1)
minCost[0] = 0 # 第0天有补给站,不需要花费
# 按顺序遍历补给站
for day, price in sorted(p, key=lambda x: x[0]):
# 更新从当前补给站到之前所有天的最小花费
for i in range(day, m + 1):
minCost[i] = min(minCost[i], minCost[day] + (i - day) * price)
return minCost[m]
# 测试样例
print(minCostToCompleteTrip(5, 4, [[0, 2], [1, 3], [2, 1], [3, 2]])) # 输出: 7
print(minCostToCompleteTrip(6, 5, [[0, 1], [1, 5], [2, 2], [3, 4], [5, 1]])) # 输出: 6
print(minCostToCompleteTrip(4, 3, [[0, 3], [2, 2], [3, 1]])) # 输出: 9
知识总结
这道题目涉及到了动态规划、前缀最小值优化等知识点。通过这道题目,我们可以学习到如何在一维数组上应用动态规划思想,并利用前缀最小值来优化计算过程。
对于入门同学来说,建议先从简单的动态规划问题入手,逐步掌握状态转移方程的设计和优化技巧。同时,要注意理解问题的本质,将问题抽象为数学模型,并尝试用代码实现。
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