第196题 | 豆包MarsCode AI刷题

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题目描述: 在这个充满策略性的游戏中,小M面临一个颇具挑战性的数学优化问题。游戏舞台是一个长度为 n 的数组 a,初始分数为零。小M的目标是通过精心选择数对来最大化最终得分。

游戏规则独特而严格:

  • 每次选择两个数作为一对
  • 选择的两个数差值不能超过给定的 k
  • 分数计算方式:选中数对的乘积
  • 一旦数字被选择,将不可再次使用
  • 最终目标是获得尽可能高的总分数

这个问题本质上是一个组合优化challenge,需要在严格的约束条件下追求最优解。

解题思路

  1. 动态规划方法: 面对这类需要全局优化的问题,动态规划是最为强大的解题策略。这种方法如同一个精密的战略规划系统,能够系统地探索所有可能的得分路径:

    • 状态定义

      • 构建二维动态规划数组 dp[i][state]
      • i 表示当前处理到数组的第 i 个元素
      • state 表示已使用数字的状态(使用位运算压缩)
      • dp[i][state] 表示在处理到第 i 个元素、当前使用状态为 state 时能获得的最大分数
    • 状态转移

      • 对于每个元素,考虑两种可能:
        1. 不选择当前元素,保持现有状态
        2. 尝试与之前未使用的元素组成数对
      • 关键约束:两个数的差值不超过 k
      • 更新最大得分状态
    • 状态压缩

      • 使用位运算高效表示数字使用状态
      • 每一位代表一个数字是否被使用
      • 极大地节省空间复杂度
  2. 贪心 + 排序策略: 在某些特定场景下,贪心算法可以提供一种更为直观的解决思路:

    • 预处理阶段

      • 对输入数组进行排序
      • 排序能够帮助快速定位满足差值约束的数对
    • 选择策略

      • 每次选择乘积最大的数对
      • 严格遵守差值 k 的约束
      • 维护已选择数字的使用状态
    • 剪枝优化

      • 快速排除不满足约束的数对
      • 减少不必要的计算开销
  3. 深度优先搜索: 对于规模较小的数据,深度优先搜索提供了一种穷尽性的解决方案:

    • 搜索框架

      • 递归探索所有可能的数对选择
      • 维护当前分数和已使用数字状态
      • 回溯尝试不同的选择路径
    • 剪枝技巧

      • 提前检查差值约束
      • 记录已达到的最大分数
      • 避免重复计算

算法复杂度分析

  • 动态规划法

    • 时间复杂度:O(n * 2^n)
    • 空间复杂度:O(n * 2^n)
    • 适用于小规模数据集
  • 贪心 + 排序

    • 时间复杂度:O(n log n)
    • 空间复杂度:O(1)
    • 适用于中等规模数据
  • 深度优先搜索

    • 时间复杂度:O(n!)
    • 空间复杂度:O(n)
    • 仅适用于极小规模数据

解题关键点

  • 准确定义状态转移方程
  • 高效处理数字使用状态
  • 严格遵守差值约束条件
  • 平衡时间和空间复杂度
  • 选择适合具体场景的算法策略

实际应用场景

  • 组合优化问题
  • 资源分配策略
  • 游戏算法设计
  • 决策支持系统

拓展思考: 这个问题不仅仅是一个算法挑战,更是对优化思维的一次深刻考验。通过系统地探索不同的解题策略,我们不仅能解决具体的数学问题,还能培养一种全局思考、策略性决策的能力。