423,动态规划和递归解最小路径和
When the world turns its back on you, you turn your back on the world! And only embrace what's next!
若世界与你背道而驰,你无需亦步亦趋,欣然走好接下来的每一步吧!
问题描述
给定一个包含非负整数的 m x n 网格,请找出一条从左上角到右下角的路径,使得路径上的数字总和为最小。
说明:每次只能向下或者向右移动一步。
示例:
输入:
[
[1,3,1],
[1,5,1],
[4,2,1]
]
输出: 7
解释: 因为路径 1→3→1→1→1 的总和最小。
动态规划求解
这题求的是从左上角到右下角,路径上的数字和最小,并且每次只能向下或向右移动。所以上面很容易想到动态规划求解。我们可以使用一个二维数组dp,dp[i][j]表示的是从左上角到坐标(i,j)的最小路径和。那么走到坐标(i,j)的位置只有这两种可能,要么从上面(i-1,j)走下来,要么从左边(i,j-1)走过来,我们要选择路径和最小的再加上当前坐标的值就是到坐标(i,j)的最小路径。
所以递推公式就是
dp[i][j]=min(dp[i-1][j]+dp[i][j-1])+grid[i][j];
有了递推公式再来看一下边界条件,当在第一行的时候,因为不能从上面走下来,所以当前值就是前面的累加。同理第一列也一样,因为他不能从左边走过来,所以当前值只能是上面的累加。
比如上面图中,如果我们走到中间这一步的话,我们可以从上面1→3→5走过来,也可以从左边1→1→5,我们取最小的即可。我们来看下代码
1public int minPathSum(int[][] grid) {
2 int m = grid.length, n = grid[0].length;
3 int[][] dp = new int[m][n];
4 dp[0][0] = grid[0][0];
5 //第一列只能从上面走下来
6 for (int i = 1; i < m; i++) {
7 dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
8 }
9 //第一行只能从左边走过来
10 for (int i = 1; i < n; i++) {
11 dp[0][i] = dp[0][i - 1] + grid[0][i];
12 }
13 for (int i = 1; i < m; i++) {
14 for (int j = 1; j < n; j++) {
15 //递推公式,取从上面走下来和从左边走过来的最小值+当前坐标的值
16 dp[i][j] = Math.min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i][j];
17 }
18 }
19 return dp[m - 1][n - 1];
20}
21
我们看到二维数组dp和二维数组grid的长和宽都是一样的,没必要再申请一个dp数组,完全可以使用grid,来看下代码
1public int minPathSum(int[][] grid) {
2 int m = grid.length, n = grid[0].length;
3 for (int i = 0; i < m; i++) {
4 for (int j = 0; j < n; j++) {
5 if (i == 0 && j == 0)
6 continue;
7 if (i == 0) {
8 //第一行只能从左边走过来
9 grid[i][j] += grid[i][j - 1];
10 } else if (j == 0) {
11 //第一列只能从上面走下来
12 grid[i][j] += grid[i - 1][j];
13 } else {
14 //递推公式,取从上面走下来和从左边走过来的最小值+当前坐标的值
15 grid[i][j] += Math.min(grid[i - 1][j], grid[i][j - 1]);
16 }
17 }
18 }
19 return grid[m - 1][n - 1];
20}
递归求解
我们还可以把上面的动态规划改为递归,定义一个函数
minPathSum(int[][] grid, int i, int j)表示从左上角到坐标(i,j)的最短路径和,那么同样道理,要走到坐标(i,j)只能从上面下来或者左边过来。所以代码轮廓我们大致能写出来
1public int minPathSum(int[][] grid, int i, int j) {
2 if (边界条件的判断) {
3 return
4 }
5
6 //一些逻辑处理
7
8 //取从上面走下来和从左边走过来的最小值+当前坐标的值
9 return grid[i][j] + Math.min(minPathSum(grid, i - 1, j), minPathSum(grid, i, j - 1));
10}
下面再来看下完整代码
1public int minPathSum(int[][] grid) {
2 return minPathSum(grid, grid.length - 1, grid[0].length - 1);
3}
4
5public int minPathSum(int[][] grid, int i, int j) {
6 if (i == 0 && j == 0)
7 return grid[i][j];
8 //第一行只能从左边走过来
9 if (i == 0)
10 return grid[i][j] + minPathSum(grid, i, j - 1);
11 //第一列只能从上面走下来
12 if (j == 0)
13 return grid[i][j] + minPathSum(grid, i - 1, j);
14 //取从上面走下来和从左边走过来的最小值+当前坐标的值
15 return grid[i][j] + Math.min(minPathSum(grid, i - 1, j), minPathSum(grid, i, j - 1));
16}
因为这里面的递归会导致大量的重复计算,所以还是老方法,就是把计算过的值存储到一个map中,下次计算的时候先看map中是否有,如果有就直接从map中取,如果没有再计算,计算之后再把结果放到map中,来看下代码
1public int minPathSum(int[][] grid) {
2 return minPathSum(grid, grid.length - 1, grid[0].length - 1, new HashMap<String, Integer>());
3}
4
5public int minPathSum(int[][] grid, int i, int j, Map<String, Integer> map) {
6 if (i == 0 && j == 0)
7 return grid[i][j];
8 String key = i + "*" + j;
9 if (map.containsKey(key))
10 return map.get(key);
11 int res = 0;
12 //第一行只能从左边走过来
13 if (i == 0)
14 res = grid[i][j] + minPathSum(grid, i, j - 1, map);
15 //第一列只能从上面走下来
16 else if (j == 0)
17 res = grid[i][j] + minPathSum(grid, i - 1, j, map);
18 //取从上面走下来和从左边走过来的最小值+当前坐标的值
19 else
20 res = grid[i][j] + Math.min(minPathSum(grid, i - 1, j, map), minPathSum(grid, i, j - 1, map));
21 map.put(key, res);
22 return res;
23}
总结
这题使用动态规划应该说是最容易理解的,也可以参照前面的和,只不过递推公式会有点差别。
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