目标和(LeetCode 494)

简介: 目标和(LeetCode 494)

目标和(LeetCode 494)

Description

给你一个整数数组 nums 和一个整数 target

向数组中的每个整数前添加 '+''-' ,然后串联起所有整数,可以构造一个 表达式

  • 例如,nums = [2, 1] ,可以在 2 之前添加 '+' ,在 1 之前添加 '-' ,然后串联起来得到表达式 "+2-1"

返回可以通过上述方法构造的、运算结果等于 target 的不同 表达式 的数目。

Sample Input 1

nums = [1,1,1,1,1], target = 3

Sample Output 1

5

Sample Tips 1

一共有 5 种方法让最终目标和为 3 。

-1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 3

+1 - 1 + 1 + 1 + 1 = 3

+1 + 1 - 1 + 1 + 1 = 3

+1 + 1 + 1 - 1 + 1 = 3

+1 + 1 + 1 + 1 - 1 = 3

Sample Input 2

nums = [1], target = 1

Sample Output 2

1

Tips

  • 1 <= nums.length <= 20
  • 0 <= nums[i] <= 1000
  • 0 <= sum(nums[i]) <= 1000
  • -1000 <= target <= 1000

算法思想:

本题要如何使表达式结果为target,

既然为target,那么就一定有 left组合 - right组合 = target。

left + right = sum,而sum是固定的。right = sum - left

公式来了, left - (sum - left) = target 推导出 left = (target + sum)/2 。

target是固定的,sum是固定的,left就可以求出来。

此时问题就是在集合nums中找出和为left的组合。

如何转化为01背包问题呢。

假设加法的总和为x,那么减法对应的总和就是sum - x。

所以我们要求的是 x - (sum - x) = target

x = (target + sum) / 2

此时问题就转化为,装满容量为x的背包,有几种方法

这里的x,就是bagSize,也就是我们后面要求的背包容量。

大家看到(target + sum) / 2 应该担心计算的过程中向下取整有没有影响。

这么担心就对了,例如sum 是5,S是2的话其实就是无解的,所以:

if ((S + sum) % 2 == 1) return 0; // 此时没有方案

同时如果 S的绝对值已经大于sum,那么也是没有方案的。

if (abs(S) > sum) return 0; // 此时没有方案

再回归到01背包问题,为什么是01背包呢?

因为每个物品(题目中的1)只用一次!

这次和之前遇到的背包问题不一样了,之前都是求容量为j的背包,最多能装多少。

本题则是装满有几种方法。其实这就是一个组合问题了。

动规五部曲分析如下:

  1. 确定dp数组以及下标的含义

    dp[j] 表示:填满j(包括j)这么大容积的包,有dp[j]种方法

    其实也可以使用二维dp数组来求解本题,dpi:使用 下标为[0, i]的nums[i]能够凑满j(包括j)这么大容量的包,有dpi种方法。

    下面我都是统一使用一维数组进行讲解, 二维降为一维(滚动数组),其实就是上一层拷贝下来。

  2. 确定递推公式

    用nums[i],凑成dp[j]就有dp[j - nums[i]] 种方法。

    例如:dp[j],j 为5,

    • 已经有一个1(nums[i]) 的话,有 dp[4]种方法 凑成 容量为5的背包。
    • 已经有一个2(nums[i]) 的话,有 dp[3]种方法 凑成 容量为5的背包。
    • 已经有一个3(nums[i]) 的话,有 dp[2]中方法 凑成 容量为5的背包
    • 已经有一个4(nums[i]) 的话,有 dp[1]中方法 凑成 容量为5的背包
    • 已经有一个5 (nums[i])的话,有 dp[0]中方法 凑成 容量为5的背包

    那么凑整dp[5]有多少方法呢,也就是把 所有的 dp[j - nums[i]] 累加起来。

    所以求组合类问题的公式,都是类似这种:

    dp[j] += dp[j - nums[i]]
  3. dp数组如何初始化

    从递推公式可以看出,在初始化的时候dp[0] 一定要初始化为1,因为dp[0]是在公式中一切递推结果的起源,如果dp[0]是0的话,递推结果将都是0。

    这里有录友可能认为从dp数组定义来说 dp[0] 应该是0,也有录友认为dp[0]应该是1。

    其实不要硬去解释它的含义,咱就把 dp[0]的情况带入本题看看应该等于多少。

    如果数组[0] ,target = 0,那么 bagSize = (target + sum) / 2 = 0。 dp[0]也应该是1, 也就是说给数组里的元素 0 前面无论放加法还是减法,都是 1 种方法。

    所以本题我们应该初始化 dp[0] 为 1。

    可能有同学想了,那 如果是 数组[0,0,0,0,0] target = 0 呢。

    其实 此时最终的dp[0] = 32,也就是这五个零 子集的所有组合情况,但此dp[0]非彼dp[0],dp[0]能算出32,其基础是因为dp[0] = 1 累加起来的。

    dp[j]其他下标对应的数值也应该初始化为0,从递推公式也可以看出,dp[j]要保证是0的初始值,才能正确的由dp[j - nums[i]]推导出来。

  4. 确定遍历顺序

    如果使用一维dp数组,物品遍历的for循环放在外层,遍历背包的for循环放在内层,且内层for循环倒序遍历!

  5. 推导dp数组

    输入:nums: [1, 1, 1, 1, 1], S: 3

    bagSize = (S + sum) / 2 = (3 + 5) / 2 = 4

    dp数组状态图为:

    下标i:    0  1  2  3  4 
     nums[0]  1  1  0  0  0 
     nums[1]  1  2  1  0  0 
     nums[2]  1  3  3  1  0 
     nums[3]  1  4  6  4  1 
     nums[4]  1  5 10 10  5 

综上分析完毕,代码如下:

class Solution {
public:
    int findTargetSumWays(vector<int>& nums, int S) {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) sum += nums[i];
        if (abs(S) > sum) return 0; // 此时没有方案
        if ((S + sum) % 2 == 1) return 0; // 此时没有方案
        int bagSize = (S + sum) / 2;
        vector<int> dp(bagSize + 1, 0);
        dp[0] = 1;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            for (int j = bagSize; j >= nums[i]; j--) {
                dp[j] += dp[j - nums[i]];
            }
        }
        return dp[bagSize];
    }
};

Java代码代码如下:

class Solution {
    public int findTargetSumWays(int[] nums, int target) {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) sum += nums[i];
    //如果target过大 sum将无法满足
        if ( target < 0 && sum < -target) return 0;
        if ((target + sum) % 2 != 0) return 0;
        int size = (target + sum) / 2;
        if(size < 0) size = -size;
        int[] dp = new int[size + 1];
        dp[0] = 1;
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            for (int j = size; j >= nums[i]; j--) {
                dp[j] += dp[j - nums[i]];
            }
        }
        return dp[size];
    }
}
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