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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。


423,动态规划和递归解最小路径和

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 mi++) {
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 < ni++) {
11        dp[0][i] = dp[0][i - 1] + grid[0][i];
12    }
13    for (int i = 1; i < mi++) {
14        for (int j = 1; j < nj++) {
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 - 1new 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 - 1map);
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 - 1map));
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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