518题是背包问题的变体,也称完全背包问题。

解法参考了该篇文章,然后对自己困惑的地方进行记录。

下面是该题的描述:



有一个背包,最大容量为 amount,有一系列物品 coins,每个物品的重量为 coins[i],每个物品的数量无限。请问有多少种方法,能够把背包恰好装满?求出所有的装满背包的方法数。

这里和一般的背包问题的不一样在于,物品的数量是无限的,这样的问题就称为完全背包问题。因为对于一般的0-1背包问题,物体的数量是1,要么选择该物品装入背包,要么不选择该物品装入背包。

  1. 首先思考问题的 状态选择

    状态有两个,就是「背包的容量」和「可选择的物品」,选择就是「装进背包」或者「不装进背包」 嘛,背包问题的套路都是这样。

  2. 第二步要明确 dp 数组的定义。

    首先看看刚才找到的「状态」,有两个,也就是说我们需要一个二维 dp 数组。dp[i][j] 的定义如下:

    若只使用前 i 个物品,当背包容量为 j 时,有 dp[i][j] 种方法可以装满背包。换句话说,翻译回我们题目的意思就是:

    若只使用 coins 中的前 i 个硬币的面值,若想凑出金额 j,有 dp[i][j] 种凑法。

    base case 为 dp[0][…] = 0, dp[…][0] = 1。因为如果不使用任何硬币面值,就无法凑出任何金额;如果凑出的目标金额为 0,那么“无为而治”就是唯一的一种凑法。

  3. 第三步,根据「选择」,思考状态转移的逻辑。 这一步是很重要的,做的时候就是没有准确写出状态转移条件。

    注意,我们这个问题的特殊点在于物品的数量是无限的,

    如果你不把这第 i 个物品装入背包,也就是说你不使用 coins[i] 这个面值的硬币,那么凑出面额 j 的方法数 dp[i][j] 应该等于 dp[i-1][j],继承之前的结果。

    如果你把这第 i 个物品装入了背包,也就是说你使用 coins[i] 这个面值的硬币,那么 dp[i][j] 应该等于 dp[i][j-coins[i-1]]。

    首先由于 i 是从 1 开始的,所以 coins 的索引是 i-1 时表示第 i 个硬币的面值。

    dp[i][j-coins[i-1]] 也不难理解,如果你决定使用这个面值的硬币,那么就应该关注如何凑出金额 j - coins[i-1]。

    这里的当选择第i个物体装入背包时,那么需要考虑题目给出的条件,在文章中已经强调了好几次,这里的数量是无限的,那么当说明第i个物体可以装很多次到背包中,所以当选择第i个物品时,

    dp[i][j]=dp[i-1][j]+dp[i][j-coins[i-1]],因为i是必选的,但是还可以继续选择是否装入背包

    总的方法数应该是这两者之和,(选和不选两种情况的总和)

  4. 实现代码如下:

    public int change(int amount, int[] coins) {
    
        int[][] dp = new int[coins.length + 1][amount + 1];
    for (int i = 0; i <= coins.length; i++) {
    dp[i][0] = 1;
    }
    for (int i = 1; i <= coins.length; i++) {
    for (int j = 0; j <= amount; j++) {
    if (coins[i - 1] - j > 0) {
    dp[i][j] = dp[i - 1][j];
    } else {
    dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - coins[i - 1]];
    }
    } }
    return dp[coins.length][amount];
    }
  5. 然后进行代码的优化压缩,因为dp[i][j]只依赖dp[i-1][…]和dp[i][…]

    public int change(int amount, int[] coins) {
    int[] dp = new int[amount + 1];
    dp[0] = 1;
    int n = coins.length;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
    for (int j = 0; j <= amount; j++) {
    if (j - coins[i-1]>=0) {
    dp[j] = dp[j] + dp[j - coins[i - 1]];
    }
    }
    }
    return dp[amount];
    }

    if (j - coins[i-1]>=0) {

    dp[j] = dp[j] + dp[j - coins[i - 1]];

    }

    因为当求dp[j]的时候,此时dp[j - coins[i - 1]已经求出来了,相当于dp[i][j-coins[i-1]],而此时的dp[i][j] 的值相当于上一轮的外层循环存储的值,即dp[i-1][j]的值,那么正好可以这样进行压缩。

  6. 时间复杂度和空间复杂度

    这样进行压缩之后,时间复杂度为O(n*amount),空间复杂度为O(amount).

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