状态转移:简单分析一下

发布时间:2025-06-24 17:09:51  作者:北方职教升学中心  阅读量:877



机器人每次只能向下或者向右移动一步。

有些房间由恶魔守卫,因此骑士在进入这些房间时会失去健康点数(若房间里的值为负整数,则表示骑士将损失健康点数);
其他房间要么是空的(房间里的值为 0),要么包含增加骑士健康点数的魔法球(若房间里的值为正整数,则表示骑士将增加健康点数)。

示例 1:
输入: frame = [[1, 3, 1], [1, 5, 1], [4, 2, 1]]
输出 : 12
解释 : 路径 1→3→5→2→1 可以拿到最高价值的珠宝

提示:

  • 0 < frame.length <= 200
  • 0 < frame[0].length <= 200

思路:本题的思路与上题的思路差不多,状态转移方程为:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i][j] .

代码如下:

class Solution {		public:		    int maxValue(vector<vector<int>>& grid)		    {		        int m = grid.size(), n = grid[0].size();				        // 多开一行一列方便初始化		        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1));				        // dp[i][j] 表示:⾛到 [i, j] 位置处,此时的最大价值		        for (int i = 1; i <= m; i++)		        {		            for (int j = 1; j <= n; j++)		            {		                dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i - 1][j - 1];		            }		        }				        return dp[m][n];		    }		};

4. 下降路径最小和

题目链接-> Leetcode -931.下降路径最小和

Leetcode -931.下降路径最小和

题目:给你一个 n x n 的 方形 整数数组 matrix ,请你找出并返回通过 matrix 的下降路径 的 最小和 。

代码如下:

class Solution {		public:		    int uniquePaths(int m, int n)		    {		        // 多开一行一列,可以直接在循环内初始化		        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1));		        dp[0][1] = 1;  // 为了后面填表的正确				        // dp[i][j] 表示:⾛到 [i, j] 位置处,⼀共有多少种方式		        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][n];		    }		};

2. 不同路径Ⅱ

题目链接-> Leetcode -63.不同路径Ⅱ

Leetcode -63.不同路径Ⅱ

题目:一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为 “Start” )。如果 dp[i][j] 表示到达 [i, j] 位置的方法数,那么到达 [i, j] 位置之前的一小步,有两种情况:
i. 从 [i, j] 位置的上方( [i - 1, j] 的位置)向下走一步,转移到 [i, j] 位置;
ii. 从 [i, j] 位置的左方( [i, j - 1] 的位置)向右走一步,转移到 [i, j] 位置。

下降路径 可以从第一行中的任何元素开始,并从每一行中选择一个元素。

示例 1:
输入:grid = [[1, 3, 1], [1, 5, 1], [4, 2, 1]]
输出:7
解释:因为路径 1→3→1→1→1 的总和最小。那么我们分析状态转移的时候会有一个问题:那就是我们当前的健康点数还会受到后面的路径的影响。

  • 状态转移:简单分析一下。
    在本题中,在 dp 表最后面添加一行,并且添加一列后,所有的值都先初始化为无穷大,然后让 dp[m][n - 1] = dp[m - 1][n] = 1 即可。
    但是, [i - 1, j] 与 [i, j - 1] 位置都是可能有障碍的,此时从上面或者左边是不可能到达 [i, j] 位置的,也就是说,此时的方法数应该是 0;由此我们可以得出一个结论,只要这个位置上「有障碍物」,那么我们就不需要计算这个位置上的值,直接让它等于 0 即可。
    我们英勇的骑士最初被安置在 左上角 的房间里,他必须穿过地下城并通过对抗恶魔来拯救公主。这样我们在分析状态转移的时候,后续的最佳状态就已经知晓。因此我们求出来的 dp[i][j] 如果小于等于 0 的话,说明此时的最低初始值应该为 1 。
  • 状态转移方程:对于 dp[i][j] ,从 [i, j] 位置出发,下一步会有两种选择(为了方便理解,设 dp[i][j] 的最终答案是 x ):
    i. 走到右边,然后走向终点;那么我们在 [i, j] 位置的最低健康点数加上这一个位置的消耗,应该要大于等于右边位置的最低健康点数,也就是: x + dungeon[i][j] >= dp[i][j + 1] ;通过移项可得: x >= dp[i][j + 1] - dungeon[i][j] 。
  • 状态转移方程:分析一下,如果 dp[i][j] 表示到达 [i, j] 位置的方法数,那么到达 [i, j] 位置之前的一小步,有两种情况:
    i. 从 [i, j] 位置的上方( [i - 1, j] 的位置)向下走一步,转移到 [i, j] 位置;
    ii. 从 [i, j] 位置的左方( [i, j - 1] 的位置)向右走一步,转移到 [i, j] 位置。
    为了尽快解救公主,骑士决定每次只 向右 或 向下 移动一步。

    1. 向右->向下->向下
    2. 向下->向下->向右
    3. 向下->向右->向下

    示例 3:
    输入:m = 7, n = 3
    输出:28

    示例 4:
    输入:m = 3, n = 3
    输出:6

    提示:

    • 1 <= m, n <= 100
    • 题目数据保证答案小于等于 2 * 10^9

    思路:

    1. 状态表示:对于这种「路径类」的问题,我们的状态表示一般有两种形式:
      i. 从 [i, j] 位置出发,…;
      ii. 从起始位置出发,到达 [i, j] 位置,…;
      我们选择第二种定义状态表示的方式:dp[i][j] 表示:走到 [i, j] 位置处,一共有多少种方式。也就是最低点数会小于 1 ,那么骑士就会死亡。

      说明:每次只能向下或者向右移动一步。
      返回确保骑士能够拯救到公主所需的最低初始健康点数。因为我们要的是最小值,因此这种情况下的 x = dp[i + 1][j] - dungeon[i][j] ;

    • 综上所述,我们需要的是两种情况下的最小值,因此可得状态转移方程为:dp[i][j] = min(dp[i + 1][j], dp[i][j + 1]) - dungeon[i][j]

    但是,如果当前位置的 dungeon[i][j] 是一个比较大的正数的话, dp[i][j] 的值可能变成 0 或者负数。

    示例 1:
    输入:dungeon = [[-2, -3, 3], [-5, -10, 1], [10, 30, -5]]
    输出:7
    解释:如果骑士遵循最佳路径:右->右->下->下 ,则骑士的初始健康点数至少为 7 。使用这种技巧要注意两个点:
    i. 辅助结点里面的值要「保证后续填表是正确的」;
    ii. 「下标的映射关系」。

  • 返回值:根据「状态表示」,我们需要返回 dp[0][0] 的值。
    问总共有多少条不同的路径?

    示例 1:
    输入:m = 3, n = 7
    输出:28

    示例 2:
    输入:m = 3, n = 2
    输出:3
    解释:
    从左上角开始,总共有 3 条路径可以到达右下角。除非这个架子上没有任何珠宝,比如 frame = [[0]] 。也就是从上往下的状态转移不能很好地解决问题。

  • 状态转移方程:对于普遍位置 [i, j] ,根据题意得,到达 [i, j] 位置可能有三种情况:
    i. 从正上方 [i - 1, j] 位置转移到 [i, j] 位置;
    ii. 从左上方 [i - 1, j - 1] 位置转移到 [i, j] 位置;
    iii. 从右上方 [i - 1, j + 1] 位置转移到 [i, j] 位置;
    我们要的是三种情况下的「最小值」,然后再加上矩阵在 [i, j] 位置的值。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为 “Finish”)。
    机器人每次只能向下或者向右移动一步。
    现在考虑网格中有障碍物。

    示例 2:
    输入:dungeon = [[0]]
    输出:1

    提示:

    • m == dungeon.length
    • n == dungeon[i].length
    • 1 <= m, n <= 200
    • 1000 <= dungeon[i][j] <= 1000

    思路:

    1. 状态表示:这道题如果我们定义成:从起点开始,到达 [i, j] 位置的时候,所需的最低初始健康点数。处理这种情况仅需让 dp[i][j] 与 1 取一个最大值即可:dp[i][j] = max(1, dp[i][j])

      1. 初始化:可以在最前面加上一个「辅助结点」,帮助我们初始化。
        由于到 [i, j] 位置两种情况,并且我们要找的是最小路径,因此只需要这两种情况下的最小值,再加上 [i, j] 位置上本身的值即可。

        1. 状态表示:dp[i][j] 表示:走到 [i, j] 位置处,一共有多少种方式。
          这个时候我们要换一种状态表示:从 [i, j] 位置出发,到达终点时所需要的最低初始健康点数。地下城是由 m x n 个房间组成的二维网格。综上所述,定义状态表示为:dp[i][j] 表示:从 [i, j] 位置出发,到达终点时所需的最低初始健康点数。通过移项可得: x >= dp[i + 1][j] - dungeon[i][j] 。
          于是 dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], min(dp[i - 1][j - 1], dp[i - 1][j + 1])) + matrix[i][j] 。

        代码如下:

        class Solution {		public:		    int minFallingPathSum(vector<vector<int>>& matrix)		    {		        int len = matrix.size();				        // 多开一行,两列,因为dp[i][j]的值需要用到dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1], dp[i - 1][j + 1]		        vector<vector<int>> dp(len + 1, vector<int>(len + 2, INT_MAX));				        // 初始化,为了后面填表的正确性		        for (int i = 0; i <= len; i++) dp[0][i] = 0;				        // dp[i][j] 表示:到达 [i, j] 位置时,所有下降路径中的最小和		        for (int i = 1; i <= len; i++)		        {		            for (int j = 1; j <= len; j++)		            {		                dp[i][j] = min(min(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - 1]), dp[i - 1][j + 1]) + matrix[i - 1][j - 1];		            }		        }				        // 返回最后一行的最小值		        int ret = INT_MAX;		        for (int j = 0; j <= len; j++) ret = min(ret, dp[len][j]);		        return ret;		    }		};

        5. 最小路径和

        题目链接-> Leetcode -64.最小路径和

        Leetcode -64.最小路径和

        题目:给定一个包含非负整数的 m x n 网格 grid ,请找出一条从左上角到右下角的路径,使得路径上的数字总和为最小。
        从左上角到右下角一共有 2 条不同的路径:

        1. 向右->向右->向下->向下
        2. 向下->向下->向右->向右

        示例 2:
        输入:obstacleGrid = [[0, 1], [0, 0]]
        输出:1

        提示:

        • m == obstacleGrid.length
        • n == obstacleGrid[i].length
        • 1 <= m, n <= 100
        • obstacleGrid[i][j] 为 0 或 1

        思路:本题为不同路径的变型,只不过有些地方有「障碍物」,只要在「状态转移」上稍加修改就可解决。机器人试图达到网格的右下角(在下图中标记为 “Finish” )。

        骑士的初始健康点数为一个正整数。

      2. 返回值:根据状态表示,我们要返回的结果是 dp[m][n].

      代码如下:

      class Solution {		public:		    int uniquePathsWithObstacles(vector<vector<int>>& obstacleGrid)		    {		        int m = obstacleGrid.size(), n = obstacleGrid[0].size();				        // 多开一行一列方便初始化		        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1));		        dp[0][1] = 1; // 为了后面填表的正确				        // dp[i][j] 表示:⾛到 [i, j] 位置处,⼀共有多少种方式		        for (int i = 1; i <= m; i++)		        {		            for (int j = 1; j <= n; j++)		            {		                // 原矩阵中的位置不是障碍物		                if (obstacleGrid[i - 1][j - 1] != 1)		                {		                    dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1];		                }		            }		        }		        return dp[m][n];		    }		};

      3. 珠宝的最高价值

      题目链接-> Leetcode -LCR 166.珠宝的最高价值

      Leetcode -LCR 166.珠宝的最高价值

      题目:现有一个记作二维矩阵 frame 的珠宝架,其中 frame[i][j] 为该位置珠宝的价值。那么从左上角到右下角将会有多少条不同的路径?
      网格中的障碍物和空位置分别用 1 和 0 来表示。因为我们要的是最小
      值,因此这种情况下的 x = dp[i][j + 1] - dungeon[i][j] ;
      ii. 走到下边,然后走向终点;那么我们在 [i, j] 位置的最低健康点数加上这⼀个位置的消耗,应该要大于等于下边位置的最低健康点数,也就是: x + dungeon[i][j] >= dp[i + 1][j] 。

      示例 1:
      输入:matrix = [[2, 1, 3], [6, 5, 4], [7, 8, 9]]
      输出:13
      解释:如图所示,为和最小的两条下降路径
      在这里插入图片描述

      示例 2:
      输入:matrix = [[-19, 57], [-40, -5]]
      输出: - 59
      解释:如图所示,为和最小的下降路径

      在这里插入图片描述

      提示:

      • n == matrix.length == matrix[i].length
      • 1 <= n <= 100
      • 100 <= matrix[i][j] <= 100

      思路:

      1. 状态表示:dp[i][j] 表示:到达 [i, j] 位置时,所有下降路径中的最小和。
      2. 返回值:注意这里不是返回 dp[m][n] 的值;题目要求「只要到达最后一行」就行了,因此这里应该返回「 dp 表中最后一行的最小值」。

      代码如下:

      class Solution {		public:		    int calculateMinimumHP(vector<vector<int>>& dungeon)		    {		        int m = dungeon.size(), n = dungeon[0].size();		        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1, INT_MAX));		        dp[m][n - 1] = 1;				        // 从右下角往回推		        for (int i = m - 1; i >= 0; i--)		        {		            for (int j = n - 1; j >= 0; j--)		            {		                dp[i][j] = min(dp[i + 1][j], dp[i][j + 1]) - dungeon[i][j];				                // 如果减到负数,说明这里的血包很大,即使是负数到这里都可以,但是这是不符合常理的		                // 所以需要将这里置成 1 即可		                if (dp[i][j] <= 0) dp[i][j] = 1;    		            }		        }				        // 返回最初位置		        return dp[0][0];		    }		};
  • (row + 1, col) 或者(row + 1, col + 1) 。
    在这里插入图片描述

    示例 2:
    输入:grid = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
    输出:12

    提示:

    • m == grid.length
    • n == grid[i].length
    • 1 <= m, n <= 200
    • 0 <= grid[i][j] <= 200

    思路:

    1. 状态表示:dp[i][j] 表示:到达 [i, j] 位置处,最小路径和是多少
    2. 状态转移:分析一下,如果 dp[i][j] 表示到达 [i, j] 位置处的最小路径和,那么到达[i, j] 位置之前的一小步,有两种情况:
      i. 从 [i - 1, j] 向下走一步,转移到 [i, j] 位置;
      ii. 从 [i, j - 1] 向右走一步,转移到 [i, j] 位置。
    3. 返回值:根据状态表示,我们要返回 dp[m][n] 的值。如果他的健康点数在某一时刻降至 0 或以下,他会立即死亡。
      在下一行选择的元素和当前行所选元素最多相隔一列(即位于正下方或者沿对角线向左或者向右的第一个元素)。

      动态规划2.0

      • 动态规划 - - - 路径问题
        • 1. 不同路径
        • 2. 不同路径Ⅱ
        • 3. 珠宝的最高价值
        • 4. 下降路径最小和
        • 5. 最小路径和
        • 6. 地下城游戏

      动态规划 - - - 路径问题

      1. 不同路径

      题目链接-> Leetcode -62.不同路径

      Leetcode -62.不同路径

      题目:一个机器人位于一个 m x n 网格的左上角 (起始点在下图中标记为 “Start” )。
      具体来说,位置(row, col) 的下一个元素应当是(row + 1, col - 1)、
      由于我们要求的是有多少种方法,因此状态转移方程就呼之欲出了: dp[i][j] = dp[i - 1][j] + dp[i][j - 1] 。

      示例 1:
      输入:obstacleGrid = [[0, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 0]]
      输出:2
      解释:3x3 网格的正中间有一个障碍物。
      注意:任何房间都可能对骑士的健康点数造成威胁,也可能增加骑士的健康点数,包括骑士进入的左上角房间以及公主被监禁的右下角房间。也就是: dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i][j]

    4. 返回值:根据状态表示,我们要返回的结果是 dp[m][n].

    代码如下:

    class Solution {		public:		    int minPathSum(vector<vector<int>>& grid)		    {		        int m = grid.size(), n = grid[0].size();				        // dp[i][j] 表示:到达 [i, j] 位置处,最小路径和是多少		        vector<vector<int>> dp(m + 1, vector<int>(n + 1, INT_MAX));				        dp[0][1] = 0;		        for (int i = 1; i <= m; i++)		        {		            for (int j = 1; j <= n; j++)		            {		                dp[i][j] = min(dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]) + grid[i - 1][j - 1];		            }		        }				        return dp[m][n];		    }		};

    6. 地下城游戏

    题目链接-> Leetcode -174.地下城游戏

    Leetcode -174.地下城游戏

    题目:恶魔们抓住了公主并将她关在了地下城 dungeon 的 右下角 。拿取珠宝的规则为:

    只能从架子的左上角开始拿珠宝
    每次可以移动到右侧或下侧的相邻位置
    到达珠宝架子的右下角时,停止拿取
    注意:珠宝的价值都是大于 0 的。