伴学笔记 AI刷题 462. 桥梁最高高度 | 豆包MarsCode AI刷题

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这个问题涉及到如何在给定条件下,通过桥柱的高度来计算桥梁的最高桥柱的高度。问题的主要挑战是保证在搭建桥梁时,相邻桥柱之间的高度差不超过 1,同时也需要考虑如何尽可能提高桥梁的最高桥柱的高度。

问题分析:

  • 给定 n 根桥柱,其中第一根桥柱的高度为 a,最后一根桥柱的高度为 b,我们需要计算在保证相邻桥柱高度差不超过 1 的前提下,桥梁中最高的桥柱的高度。
  • n 是桥柱的总数,a 是第一根桥柱的高度,b 是最后一根桥柱的高度。
  • 相邻桥柱的高度差不能超过 1,因此每两个桥柱之间的高度差必须小于或等于 1。
  • 需要通过给定的起始高度 a 和结束高度 b,计算出桥梁中最高桥柱的可能最大高度。

解决思路:

  1. 条件限制

    • 如果 a 和 b 之间的高度差大于 n-1,那么不可能在中间有合适的桥柱高度使得每两个桥柱的高度差都不超过 1。因为如果 a 和 b 的差值大于 n-1,那就意味着无法用中间的桥柱来平衡这个差距。因此,在这种情况下,直接返回 -1
  2. 计算最大高度

    • 假设桥梁的第一根和最后一根桥柱的高度分别是 a 和 b,我们希望找到在平稳过渡下的最大桥柱高度。为了保证桥梁稳固(即每两个相邻桥柱的高度差不超过 1),我们可以尝试通过从 a 到 b 或从 b 到 a 平滑过渡来达到最大的高度。

    • 通过比较 a 和 b 的大小,我们可以得出一个最大高度的公式:

      • max_height = max(a, b) + (n - 1 - |a - b|) // 2

        • 这里,|a - b| 表示 a 和 b 的高度差。我们通过计算 (n - 1 - |a - b|) // 2 来决定最大高度的增量。
  3. 具体的步骤

    1. 首先,计算 a 和 b 的最大值和最小值。
    2. 如果 max(a, b) - min(a, b) > n - 1,则直接返回 -1,因为无法满足稳固性要求。
    3. 否则,计算 max_height 为 max(a, b) + (n - 1 - |a - b|) // 2,并返回结果。
def solution(n: int, a: int, b: int) -> int:
    # 先计算最大值和最小值
    max_hight = max(a, b)
    min_hight = min(a, b)

    # 如果最大值和最小值的差值大于 n-1,不可能满足条件
    if max_hight - min_hight > n - 1:
        return -1

    # 计算 a 和 b 的高度差
    max_hight_diff = abs(a - b)
    
    # 最大高度是 max(a, b) + (n - 1 - max_hight_diff) // 2
    max_hight = max_hight + (n - 1 - max_hight_diff) // 2

    return max_hight

这道题涉及的核心算法问题可以归纳为贪心算法动态规划的结合,具体来说是基于“递推”和“局部最优”的方法来解决高度差的约束问题。以下是一些深刻的算法问题和思想:

贪心算法: 在这道题中,目标是找到“桥梁中最高的桥柱”——为了使得最终高度最大化,我们希望通过合理安排中间桥柱的高度,使得高度从起点到终点平稳过渡,同时尽可能地使最高桥柱的高度最大化。通过从ab的过渡,保证相邻桥柱的高度差不超过1,我们可以利用贪心策略,在可能的条件下尽量“增高”中间的桥柱。

动态规划和递推

虽然此题没有显式地要求使用动态规划,但它隐含了“递推”的思想。可以通过逐步推算中间桥柱的高度,动态地决定在每个位置如何过渡,从而得到最终的最大高度。问题中隐含的“递推”思想反映了动态规划问题的性质:我们逐步考虑前一个状态的选择,逐步推算出最终的结果。

限制条件和可行性判断: 题目中的限制条件(相邻高度差不能超过1,ab之间的差值不能过大等)引入了“可行性判断”,类似于很多算法问题中的“剪枝”技术,即通过判断一些不可能的情况提前返回结果(例如,如果|a - b| > n-1,直接返回-1)。

总结来说,这道题本质上涉及局部最优解的选择(贪心算法),并且要考虑是否有可行的过渡路径,这与动态规划中的状态转移和递推思想有相似之处。