动态规划-楼梯问题

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1、问题描述
有一楼梯共 M 级,刚开始时你在第一级,若每次只能跨上一级或二级,要走上第 M 级,共有多少种走法?
输入输出描述 Input 输入数据首先包含一个整数 N,表示测试实例的个数,然后是 N 行数据,每行包含一个整数 M(1<=M<=40), 表示楼梯的级数。Output 对于每个测试实例,请输出不同走法的数量示例:
Sample Input223Sample Output12
2、思路分析
利用动态规划(DP,dynamic programming)思想,简单来说:大事化小小事化了
假设 10 级,考虑只差最后一步到 10 级,一步走 1 阶或 2 阶,只有两种可能:到 9 阶和到 8 阶。如果到 9 阶的走法有 X 种,到 8 阶的走法有 Y 种,那么,总走法 =X+Y。即:F(10)=F(9)+F(8) 同理,F(9)=F(8)+F(7),F(8)=F(7)+F(6),这样问题可以从 10 阶到 [9 和 8] 阶,再到 [9 和 8] 拆开的阶,这样往下,分阶段将问题简化。
寻找基准或者初始解:当为 F(2) 和 F(1) 时,前者有两种走法(1+1,2),后者有一种走法(1)。即:①F(2)=2,F(1)=1。再加上②F(10)=F(9)+F(8),
得到三个动态规划的概念:【最优子结构】:F(9) 和 F(8),是 F(10) 的最优子结构【边界】:F(1) 和 F(2) 是问题的边界,无法再简化 / 拆解【状态转移方程】:F(10)=F(9)+F(8),上下阶段的关系
递归公式:F(n)=F(n-1)+F(n-2),实为斐波那契数列的递归公式。
3、程序实现
首先用递归进行实现,与动态规划做比较。前者代码简洁,但执行效率不如后者。
1)递归
int getWays(int n){
if(n<1) return 0;
if(n==1) return 1;
if(n==2) return 2;
return getWays(n-1)+getWays(n-2)
}
2)动态规划
从底到上推导:F(1)=1,F(2)=2,F(3)=F(2)+F(1)=1+2F(4)=F(3)+F(2)=3+ 2 每次迭代,只保留之前的两个状态,即可推导新的状态。
源程序:
import java.util.Scanner;

/**
* Input: 输入数据首先包含一个整数 N,表示测试实例的个数,然后是 N 行数据,每行包含一个整数 M(1<=M<=40), 表示楼梯的级数。
* Output: 对于每个测试实例,请输出不同走法的数量
*/
public class DPSumsung {

public static int getWays(int n) {
if(n<1) return 0;
if(n==1) return 1;
if(n==2) return 2;

int a=1;
int b=2;
int next=0;
for(int i=3;i<=n;i++) {
next=a+b;
a=b;
b=next;
}
return next;
}

public static void main(String[] args) {

Scanner sc=new Scanner(System.in);
int count=sc.nextInt();
int[] ways=new int[count];
int i=0;
int n=sc.nextInt();
while(n>=1&&n<=40) {
ways[i++]=DPSumsung.getWays(n);
if(i>=count)
break;
n=sc.nextInt();
}
for(int temp:ways) {
System.out.println(temp);
}
sc.close();
}
}
4、算法分析
时间复杂度为 O(N),空间复杂度为 O(1)。

正文完
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