LeetCode: Gas Station 解题报告
Gas Station
There are N gas stations along a circular route, where the amount of gas at station i is gas[i].
You have a car with an unlimited gas tank and it costs cost[i] of gas to travel from station i to its next station (i+1). You begin the journey with an empty tank at one of the gas stations.
Return the starting gas station's index if you can travel around the circuit once, otherwise return -1.
Note:
The solution is guaranteed to be unique.
Greedy
SOLUTION 1:
引自Lexi's Leetcode solutions 的解答:
- 从i开始,j是当前station的指针,sum += gas[j] – cost[j] (从j站加了油,再算上从i开始走到j剩的油,走到j+1站还能剩下多少油)
- 如果sum < 0,说明从i开始是不行的。那能不能从i..j中间的某个位置开始呢?既然i出发到i+1是可行的, 又i~j是不可行的, 从而发现i+1~ j是不可行的。
- 以此类推i+2~j, i+3~j,i+4~j 。。。。等等都是不可行的
- 所以一旦sum<0,index就赋成j + 1,sum归零。
- 最后total表示能不能走一圈。
以上做法,其实是贪心的思想:
也就是说brute force的解是 : 一个一个来考虑, 每一个绕一圈, 但是 实际上 我们发现 i - j不可行 直接index就跳到j+1, 这样周而复始,很快就是绕一圈 就得到解了。
算法证明:
1. 我们要证明当total > 0的时候,我们一定存在一个点,从它开始,可以绕一圈。
证明以下设定:
我们假定对任意i, j (i: 0 ~ len-1, j: 0 ~ len-1),我们寻找sum = Σ (gas[k]-cost[k]) (k 从i到j) ,使sum 最大。我们从i出发,一定可以绕一圈。
i x x x x j x x x x m x
(1)假定存在这个一个m点,从i点出发,到m点会total(i-m) < 0. 也就是说从i出发不可以走完全程。
=> 因为Total > 0 而 total(i-m)<0 ,则必然 total ((m+1) ~ (i-1)) > 0 ,那么我们可以得出total ((m+1) ~ j) > total(i-j),与total(i-j)是最大sum相违背。
=> 根据反证法,上述推定不能成立。所以不会存在这样一个m点,使total(i-m) < 0。也就是说从i出发,我们可以跑完全程。
2. 从1中我们可以看到,只要找到这样一个i-j区间,我们就能使汽车从i点出发,能够跑完全程。按照我们目前使用的算法,只要找到任何一个负区间,我们就丢弃,向下一个区间寻找,这其实就是找最大sum的算法。(因为前面如果是负区间你可以不加他们)最后得到的index实际上就是i (j我们并没有计算,实际上再从0 的index往后寻找一些正的station加上即是j的边界)。
所以从index出发汽车一定可以跑完一圈。另外,这样的解应该不止一个,在i-j之间,从i到n(n在i-j之间)都是可能的解。
实际上只要使total(n~j) >= -total(j+1 ~ i-1)即可, 同样假设假定存在这个一个m点,从n点出发,到m点会total(n-m) < 0. 则因为total(n~j) >= -total(j+1 ~ i-1),同样可以推出total ((m+1) ~ (i-1)) > 0,与以上证明类似,同样会推翻题设。
例如:total(n~j) = 10, total(j+1 ~ i-1) = -9,如果total(n-m)= -1 ,则total ((m+1) ~ (i-1)) = 2 > 0
3. 总结:从i到m只要满足total(n~j) >= -total(j+1 ~ i-1)的点,都是可能的可以出发的点
public class Solution {
public int canCompleteCircuit(int[] gas, int[] cost) {
if (gas == null || cost == null || gas.length == 0 || cost.length == 0) {
// Bug 0: should not return false;
return -1;
} int total = 0;
int sum = 0; int startIndex = 0; int len = gas.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
int dif = gas[i] - cost[i];
sum += dif; if (sum < 0) {
// Means that from 0 to this gas station, none of them can be the solution.
startIndex = i + 1; // Begin from the next station.
sum = 0; // reset the sum.
} total += dif;
} if (total < 0) {
return -1;
} return startIndex;
}
}
GITHUB:
https://github.com/yuzhangcmu/LeetCode_algorithm/blob/master/greedy/CanCompleteCircuit.java
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