动态规划入门(走楼梯问题 c++)

it2023-01-25  108

走楼梯问题

问题分析改进源码

问题

一共有n阶阶梯,我们可以一步走一阶,也可以一步走两阶,求一共有几种走法

分析

第一次看到这个问题我想到了排列组合,奈何数学功底太差没有想出具体的解决方法… 既然没法用排列组合解决,那就尝试用其他方法,这里我选择用的是递归。首先我们假设共有40阶楼梯:

如果最后一步走的是1个阶梯, 那之前一定走到了第39个阶梯;如果最后一步走的是2个阶梯,那么之前一定只走到了38个阶梯(绝对不可能走到39阶,因为只有40阶, 最后一步走两阶)

同理, 在走到39阶前一步,也有两种可能:

只走了一阶,那么之前一定是走到了38阶;另一种是,走了两阶, 那么之前一定是走到了37阶。

所以总结出一个规律: 走40阶的走法 = 走39阶的走法 + 走38阶的走法 走39阶的走法 = 走38阶的走法 + 走37阶的走法 走38阶的走法 = 走37阶的走法 + 走36阶的走法 … 走3阶的走法 = 走2阶的走法 + 走1阶的走法 走2阶的走法为2种(1、一步走1阶, 走两步;2、一步走两阶, 走一步 ) 走1阶的走法为1种(1、一步走1阶,走一步) 这里我们归纳一个函数,opt(n)表示走n阶阶梯的所有方法,出口为 n=1 或者 n=2 , 则:

改进

在递归的过程中,出现很多的重复调用,如下图所示, 这大大的加大了时间复杂度,所以我们需要避免这种情况的出现,可以将每一次递归调用的值按顺序存入一个数组,下一次调用的时候直接使用数组的值即可。

源码

当输入数字很大时, 递归和动规的时间对比就很明显了,大家可以自己试试。

#include <iostream> #include <vector> using namespace std; /**************************************************************************** * 函数功能: 通过递归的思想算出走num阶楼梯的走法(每次可走一阶,也可走两阶) * 输入参数: 楼梯的阶数 * 返回值: 总走法 *****************************************************************************/ int rec_climbstairs(int num) { if(num < 0) { cout<<"输入参数有误, 输入参数应大于0"<<endl; return -1; } if(num== 0 | num == 1 || num == 2) { return num; } else { return (rec_climbstairs(num - 1) + rec_climbstairs(num - 2)); } } /**************************************************************************** * 函数功能: 通过动态规划的思想算出走num阶楼梯的走法(每次可走一阶,也可走两阶) * 输入参数: 楼梯的阶数 * 返回值: 总走法 *****************************************************************************/ int opt_climbstairs(int num) { if(num < 0) { cout<<"输入参数有误, 输入参数应大于0"<<endl; return -1; } vector<int > dp_arr; dp_arr.push_back(0); dp_arr.push_back(1); dp_arr.push_back(2); for(int i=3; i<=num; i++) { int sum = 0; sum = dp_arr.at(i-1) + dp_arr.at(i-2); dp_arr.push_back(sum); } int rv = dp_arr.at(num); return rv; } int main() { int num; cin>>num; if(rec_climbstairs(num)) cout<<"使用递归得出[爬"<<num<<"阶]楼梯共有:"<< rec_climbstairs(num)<<"种方法。"<<endl; if(opt_climbstairs(num)) cout<<"使用动态规划得出[爬"<<num<<"阶]楼梯共有:"<< opt_climbstairs(num)<<"种方法。"<<endl; return 0; }
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