代码随想录算法训练营第39天 | ● 62.不同路径 ● 63. 不同路径II

文章目录

前言
一、62.不同路径
二、63.不同路径II
总结

前言

动态规划

一、62.不同路径

深搜
动态规划
数论

深搜：

注意题目中说机器人每次只能向下或者向右移动一步，那么其实机器人走过的路径可以抽象为一棵二叉树，而叶子节点就是终点！

如图举例：

62.不同路径

此时问题就可以转化为求二叉树叶子节点的个数，代码如下：

class Solution {
private:int dfs(int i, int j, int m, int n) {if (i > m || j > n) return 0; // 越界了if (i == m && j == n) return 1; // 找到一种方法，相当于找到了叶子节点return dfs(i + 1, j, m, n) + dfs(i, j + 1, m, n);}
public:int uniquePaths(int m, int n) {return dfs(1, 1, m, n);}
};

这棵树的深度其实就是m+n-1（深度按从1开始计算）。

那二叉树的节点个数就是 2^(m + n - 1) - 1。可以理解深搜的算法就是遍历了整个满二叉树（其实没有遍历整个满二叉树，只是近似而已）

所以上面深搜代码的时间复杂度为O(2^(m + n - 1) - 1)，可以看出，这是指数级别的时间复杂度，是非常大的。

动态规划：

定dp数组（dp table）以及下标的含义

dp[i][j] ：表示从（0 ，0）出发，到(i, j) 有dp[i][j]条不同的路径。

确定递推公式

想要求dp[i][j]，只能有两个方向来推导出来，即dp[i - 1][j] 和 dp[i][j - 1]。

此时在回顾一下 dp[i - 1][j] 表示啥，是从(0, 0)的位置到(i - 1, j)有几条路径，dp[i][j - 1]同理。

那么很自然，dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1]，因为dp[i][j]只有这两个方向过来。

dp数组的初始化

如何初始化呢，首先dp[i][0]一定都是1，因为从(0, 0)的位置到(i, 0)的路径只有一条，那么dp[0][j]也同理。

所以初始化代码为：

for (int i = 0; i < m; i++) dp[i][0] = 1;
for (int j = 0; j < n; j++) dp[0][j] = 1;

确定遍历顺序

这里要看一下递推公式dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1]，dp[i][j]都是从其上方和左方推导而来，那么从左到右一层一层遍历就可以了。

这样就可以保证推导dp[i][j]的时候，dp[i - 1][j] 和 dp[i][j - 1]一定是有数值的。

举例推导dp数组

如图所示：

62.不同路径1

代码：

class Solution {public int uniquePaths(int m, int n) {int dp[][] = new int[m][n];for(int i = 0;i<m;i++){dp[i][0] = 1;}for(int j = 0;j<n;j++){dp[0][j] = 1;}for(int i = 1;i<m;i++){for(int j = 1;j<n;j++){dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-1];}}return dp[m-1][n-1];}
}

数论：

在这个图中，可以看出一共m，n的话，无论怎么走，走到终点都需要 m + n - 2 步。

62.不同路径

在这m + n - 2 步中，一定有 m - 1 步是要向下走的，不用管什么时候向下走。

那么有几种走法呢？可以转化为，给你m + n - 2个不同的数，随便取m - 1个数，有几种取法。

那么这就是一个组合问题了。

求组合的时候，要防止两个int相乘溢出！ 所以不能把算式的分子都算出来，分母都算出来再做除法。

需要在计算分子的时候，不断除以分母，代码如下：

class Solution {
public:int uniquePaths(int m, int n) {long long numerator = 1; // 分子int denominator = m - 1; // 分母int count = m - 1;int t = m + n - 2;while (count--) {numerator *= (t--);while (denominator != 0 && numerator % denominator == 0) {numerator /= denominator;denominator--;}}return numerator;}
};

时间复杂度：O(m)
空间复杂度：O(1)

计算组合问题的代码还是有难度的，特别是处理溢出的情况！

二、63.不同路径II

动规五部曲：

确定dp数组（dp table）以及下标的含义

dp[i][j] ：表示从（0 ，0）出发，到(i, j) 有dp[i][j]条不同的路径。

确定递推公式

递推公式和62.不同路径一样，dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1]。

但这里需要注意一点，因为有了障碍，(i, j)如果就是障碍的话应该就保持初始状态（初始状态为0）。

所以代码为：

if (obstacleGrid[i][j] == 0) { // 当(i, j)没有障碍的时候，再推导dp[i][j]dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1];
}

dp数组如何初始化

在62.不同路径

(opens new window)不同路径中我们给出如下的初始化：

vector<vector<int>> dp(m, vector<int>(n, 0)); // 初始值为0
for (int i = 0; i < m; i++) dp[i][0] = 1;
for (int j = 0; j < n; j++) dp[0][j] = 1;

因为从(0, 0)的位置到(i, 0)的路径只有一条，所以dp[i][0]一定为1，dp[0][j]也同理。

但如果(i, 0) 这条边有了障碍之后，障碍之后（包括障碍）都是走不到的位置了，所以障碍之后的dp[i][0]应该还是初始值0。

如图：

63.不同路径II

下标(0, j)的初始化情况同理。

所以本题初始化代码为：

vector<vector<int>> dp(m, vector<int>(n, 0));
for (int i = 0; i < m && obstacleGrid[i][0] == 0; i++) dp[i][0] = 1;
for (int j = 0; j < n && obstacleGrid[0][j] == 0; j++) dp[0][j] = 1;

注意代码里for循环的终止条件，一旦遇到obstacleGrid[i][0] == 1的情况就停止dp[i][0]的赋值1的操作，dp[0][j]同理

确定遍历顺序

从递归公式dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1] 中可以看出，一定是从左到右一层一层遍历，这样保证推导dp[i][j]的时候，dp[i - 1][j] 和 dp[i][j - 1]一定是有数值。

代码如下：

for (int i = 1; i < m; i++) {for (int j = 1; j < n; j++) {if (obstacleGrid[i][j] == 1) continue;dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1];}
}

举例推导dp数组

拿示例1来举例如题：

63.不同路径II1

对应的dp table 如图：

63.不同路径II2

class Solution {public int uniquePathsWithObstacles(int[][] obstacleGrid) {int m = obstacleGrid.length;int n = obstacleGrid[0].length;int dp[][] = new int[m][n];if(obstacleGrid[0][0] == 1 || obstacleGrid[m-1][n-1] == 1){return 0;}for(int i = 0;i<m && obstacleGrid[i][0] ==0;i++){dp[i][0] = 1;}for(int i = 0;i<n && obstacleGrid[0][i] ==0;i++){dp[0][i] = 1;}for(int i = 1;i<m;i++){for(int j =1;j<n;j++){if(obstacleGrid[i][j] ==0){dp[i][j] = dp[i-1][j] + dp[i][j-1];}else{dp[i][j] = 0;}}}return dp[m-1][n-1];}
}