【贪心算法】贪心算法四

发布于:2024-11-23 ⋅ 阅读:(14) ⋅ 点赞:(0)

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1.最长回文串

题目链接: 409. 最长回文串

题目分析:

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给一个包含大小字母的字符串,从里面挑选出来一些字母构成一个最长回文串,然后返回它的长度。

算法原理:

我们可以先统计每个字符的个数,为什么先统计次数呢,我们发现构建的回文串从中间劈开后,相同的字符左边放一个右边放一个。把所有能用的字符能放就全部放那就是我们的贪心策略。

所以先统计每个字符出现的个数,然后以中间线为分割线左边放一个右边放一个。

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上面是我们的总体思路,接下来考虑一下细节问题。字符可能是偶数个,也可能是奇数个。如果是偶数的话太好了全都放。但是如果是奇数个就有问题了,因为我们要左边放一个右边放一个要能对称,此时最贪心的想法就是奇数-1变成偶数然后放。

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虽然上面把一左一右的搞定的,但是还是有一个小问题,回文串中间这个分割线也是可以摆一个字符,只要我们在统计字符个数的时候发现某个字符出现了奇数次,一左一右我们肯定会漏这一个字符,所以中间这里可以把这个字符加上。

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所以我们策略出来了,如果偶数全部加上,如果是奇数 - 1 后在加上,所以情况都考虑完,在考虑中间这个地方能不能摆,取决于有没有出现一个字符出现奇数次,如果出现就在中间摆一个。

写代码的时候奇偶是可以放在一块写的,假设字符出现 x 次,ret += x / 2 * 2。因为 算 / 2 是一个向下取整 , 7 / 2 = 3, 3 * 2 =6,相当于就是7 - 1 = 6,如果是偶数 / 2 * 2 是不变的。

还有在最后要统计一下是否有个字符出现奇数次,其实也没有必要,其实用最后统计出来的ret和s.size()比较一下,如果小于 ret + 1,原因就是如果字符都出现偶数那么ret = s.size() 一左一右,如果小于那肯定有字符出现了奇数次。

class Solution {
public:
    int longestPalindrome(string s) {

        // 1.计数 -- 用数组模拟哈希表
        int hash[127] = {0};
        for(auto ch : s) hash[ch]++; 

        // 2.统计结果    
        int ret = 0;
        for(auto x : hash) ret += x / 2 * 2;
        if(ret < s.size()) ++ret;
        return ret;
    }
};

2.增减字符串匹配

题目链接: 942. 增减字符串匹配

题目分析:

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由范围 [0,n] 内所有整数组成的 n + 1 个整数的排列序列可以表示为长度为 n 的字符串 s ,其中:

如果 perm[i] < perm[i + 1] ,那么 s[i] == ‘I’
如果 perm[i] > perm[i + 1] ,那么 s[i] == ‘D’

其实s字符串就是描述[0,n]组成的数组的序列增减情况。

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算法原理:

下面用一个例子说明一下

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刚开始要符合一个增的形式,此时有很多选项可以放这里,那放5好不好?肯定是不好的,5是当前最大的数,接下来是一个增长趋势这里放5,下一个放谁都增不了,这里就有一个贪心的策略,我不会把最大的数放这里,因此我就贪到底,把最小的数放这里。

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接下来是降,如果是降,会把1放这里吗?绝对不会,如果把最小的数放在这里接下来还降个锤子,此时还是贪到底,把最大的数放这里。

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同理后面都是这样选择的。

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最后在把最后一个数放在后面

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我们的贪心策略:

  1. 当遇到 " I ",选择当前最小的那个数
  2. 当遇到 " D ",选择当前最大的那个数

这里简单证明一下我们这个策略是正确的。

当在增长的时候,如果我们选择较小的数摆,那无论接下来下一个数选谁绝对都是符合情况的。后面的数都是比我大。所以是绝对正确的。

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同理如果第一个是降的话,拿最大的数摆,那括号里待选的数都是比我选的,无论较小的数如何排列,接下来下一个数绝对呈现下降趋势。

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处理完之后,接下来对括号里面处理是一样的,这其实就是一个递归的过程,当算法一直递归下去的时候,每一个摆放都是合理的,所以我们和用归纳法来证明我们这个贪心策略是正确的。

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class Solution {
public:
    vector<int> diStringMatch(string s) {

        int left = 0, right = s.size();// 用 left,right 标记最小值最大值
        vector<int> ret;
        for(auto ch : s)
        {
            if(ch == 'I') ret.push_back(left++);
            else ret.push_back(right--);
        }
        ret.push_back(left); // 把最后一个数放进去
        return ret;
    }
};

3.分发饼干

题目链接: 455. 分发饼干

题目分析:

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有一群孩子,还有一堆饼干,拿着这些饼干去喂这些孩子,问最多能喂饱多少孩子?喂饱孩子的要求是饼干尺寸要大于等于孩子的胃口。

算法原理:

看下面这个示例,我们来想贪心策略。首先我们要将胃口和饼干升序排列,如果数组乱序我们找的时候还需要去遍历数组很麻烦。所以我们先要把数组排序。

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如果搞清题意的话,不知道会不会想到《优势洗牌 - 田忌赛马》这道题,田忌赛马这道题也是给数组之后我们给数组排下序,然后尽可能多的去赢。这道题是数组排序后,然后挑一些去满足上面的数,其实也是打败它。所以田忌赛马这道题的经验是有可能应用到我们这道题的。

这里我们就针对某个孩子然后去挑选饼干。

此时挑的时候发现,当前最小的饼干就能满足孩子,此时贪心就来了,如果最小的饼干就能这个孩子,后面的饼干肯定更能满足,此时我们的贪心就是选择较小的饼干去满足,尺寸较大的饼干可以去满足胃口更大的孩子。

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如果此时最小的饼干满足不了孩子胃口,在田忌赛马哪里我们是让它直接去拖累掉最后一个元素,但是我们这里是喂孩子,不能拿最小的饼干去喂孩子,所以当我们发现当前数组中最小的饼干都不能满足孩子胃口的时候,那上面所有孩子胃口都不能满足,因为我们是升序排序的,所以当前这个饼干删掉,然后针对这个孩子,再去选前提饼干。

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后序操作如上,直到所有饼干用完,那 i 前面这堆孩子是全部都能满足的,返回它的数量就可以了。

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总结一下贪心策略:

排序,针对当前胃口最小的孩子,然后挑选饼干

  1. 能满足,直接喂
  2. 不能满足,直接删掉这个饼干
class Solution {
public:
    int findContentChildren(vector<int>& g, vector<int>& s) {

        // 先排序
        sort(g.begin(), g.end());
        sort(s.begin(), s.end());
        // 利⽤双指针找答案
        int ret = 0, m = g.size(), n = s.size();
        for(int i = 0, j = 0; i < m && j < n; ++i, ++j)
        {
            while(j < n && s[j] < g[i]) ++j;// 找饼⼲
            if(j < n) ret++;
        }
        return ret;
    }
};

证明:

证明方法:交换论证法

最优解在不失去最优性的前提下能调整成贪心解,就说明贪心解是正确的。

从左往右扫描贪心解和最优解饼干匹配情况,当第一次遇到匹配不相等,此时根据贪心解的策略,分两种情况讨论:

  1. 喂不饱

贪心策略是删去这个饼干,最优解如果和贪心解不一样的话,最优解会让这个饼干去喂某个孩子。但是这种情况是不可能发生的,因为我们是升序的,如果当前饼干连最小的孩子都不能满足,那后面的孩子也满足不了,所以这个贪心和最优是一样的,都是直接删掉。

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2. 能喂饱

能喂饱我们的贪心是直接喂,最优解其实是有两种情况,要么这个饼干喂后面的孩子,要么这个饼干压根就没用。这个孩子也有情况情况,要么后面有饼干来喂这个孩子,要么没有饼干来喂这个孩子。两两结合我们要分四种情况讨论。

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一:饼干用了,这个孩子也被后面饼干满足了。
二:饼干用了,孩子没被满足
三:饼干没用,孩子被满足
四:饼干没用,孩子没被满足

考虑第一种情况:

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此时调整就是,就是绿色情况,只要证明绿色和紫色同样优秀就可以了

紫色的线有两个不等式,b > x1, a > x2,又因为升序 b > a,所以 b > a > x2,
所以b一定能喂x2,a调整喂x1贪心告诉我们是可以的。 调整前喂得饱,调整后也喂得饱,所以第一种情况是可以的。
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考虑第二种情况:
饼干喂了后面孩子x2,但是x1这个孩子没人喂。

此时调整a去喂x1也不会破坏最优,把a喂x2可以填饱肚子,那此时不喂x2,去喂x1也是可以填饱肚子,并且孩子个数没有发生改变,所以第二种情况是可以的。

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考虑第三种情况:
没有用a这个饼干,x1这个孩子被后面b喂。

此时调整,不用b喂了,用a喂,也是可以的,在贪心解里知道a 是可以满足x1的,所以也是可以的。

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考虑第四种情况:
没有a饼干,也没有x1这个孩子

此时调整a去喂x1,相当于在之前最优解的情况下又多了一个能喂饱的孩子,所以贪心更优最优解,所以绝对是可以的。

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综上所述,无论是上述情况哪一种我们都可以调整的,所以能喂饱也是可以的。
此时我们的贪心就是正确的。

4.最优除法

题目链接: 553. 最优除法

题目分析:

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给定一正整数数组 nums,nums 中的相邻整数将进行浮点除法。

例如,nums = [2,3,4],我们将求表达式的值 “2/3/4”。
但是,你可以在任意位置添加任意数目的括号,来改变算数的优先级。

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你需要找出怎么添加括号,以便计算后的表达式的值为最大值。

题意其实就是数组给一堆数,数中间其实都有除法的,此时让我们任意位置添加一些括号,使表达式的值为最大值,最后返回的是以字符串格式返回具有最大值的对应表达式。

注意:你的表达式不应该包含多余的括号。

原本括号里面顺序是3/4/5,现在多添加一个括号还是3/4/5。

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算法原理:

举一个例子来提取我们的贪心策略

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这个时候我们要明白一点,在这个表达式中添加括号最终都会转换为 x/y 的形式。也就是从这些数中挑一些放在分子上,一些数放在分母上,

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我们最终要的是 x/y 是最大的,一个分数要最大,要么就是分子变大,要么就是分子变小。接下来我们设计表达式就是尽可能让分子大,分母小。这就是我们的贪心方向。

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还有一点无论在表达式哪里填上括号,a都是在分子上,b都是在分母上,所以a和b这两个无法通过添加括号去改变的a/b。所以最终a一定在分子上,b一定在分母上。

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现在可供我们选择的就是c、d、e、f,为了使最终结果最大,我们就想无脑的把c、d、e、f和a一起放在分子上。

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这里可以用贪心优化就是因为这个值乘起来是越来越大的

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贪心策略:除了前两个数以外,其余的数全部放在分子即可

如何实现贪心策略呢?
这里我们用小学就学过的知识,负负得正。除除得正。因此我们仅需在b之前填一个(,f后填一个)

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括号里面得除法全都因为括号外面得除法变成除除得正,

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class Solution {
public:
    string optimalDivision(vector<int>& nums) {
        int n = nums.size();
        // 先处理两个边界情况
        if(n == 1) return to_string(nums[0]);
        if(n == 2) return to_string(nums[0]) + '/' + to_string(nums[1]);

        string ret = to_string(nums[0]) + "/(" + to_string(nums[1]);
        for(int i = 2; i < n; ++i)
        {
            ret += '/' + to_string(nums[i]);
        }
        ret += ')';
        return ret;
    }
};