[leetcode Perfect Squares] 最少完全平方數(shù)

原題:

給定一個正整數(shù)n揣钦,要求找出最小數(shù)量的完全平方數(shù)雳灾,使得它們的和等于n。

既然是最小的數(shù)量冯凹,那就是完全平方數(shù)需要盡可能大谎亩,我的第一反應(yīng)是能不能使用貪心算法。比如給定數(shù)字13宇姚,第一個最大的完全平方數(shù)是9匈庭,還剩下4剛好也是一個完全平方數(shù)。那么浑劳,貪心算法真的在任何情況下都能使用嗎阱持?我們不妨再看一個例子,比如說12:根據(jù)貪心原則魔熏,第一個最大的完全平方數(shù)是9衷咽,此時還剩下3,3只能對應(yīng)3個1蒜绽。也就是說我們總共用了4個數(shù)镶骗,但是我們發(fā)現(xiàn)12 = 4 + 4 + 4,只需要使用3個數(shù)躲雅。因此鼎姊,貪心算法在這里并不適用。

我們不妨先看下如何用暴力的方法來解決它相赁。還是以剛才的數(shù)字12為例:第一個數(shù)先取9相寇,12減9還剩3,然后繼續(xù)對3求最小數(shù)量的完全平方數(shù)噪生。也就是說裆赵,我們將原本一個大問題轉(zhuǎn)化為了一個更小的問題,運(yùn)用了“分而治之”的思想跺嗽,很容易想到可以使用遞歸战授。若一個數(shù)取9無法完成,接下來再用4去嘗試桨嫁。找出所有的可行解植兰,并在可行解中返回?cái)?shù)量最少的那個。

但是璃吧,如果按照這種方式楣导,算法的復(fù)雜度將會變得非常大。不知道大家有沒有想到在用遞歸求斐波那契數(shù)列的時候畜挨,會產(chǎn)生很多冗余的運(yùn)算筒繁。我們可以使用一個數(shù)組來保存中間計(jì)算的結(jié)果噩凹。每次遞歸的時候,若能在數(shù)組中找到解毡咏,則直接返回驮宴,不需要再次運(yùn)算。在這道題中可以使用類似的方法呕缭,我們用dp[i - 1]表示數(shù)字i最少需要多少個完全平方數(shù)堵泽,通過保留狀態(tài)的方法,這其實(shí)就是動態(tài)規(guī)劃恢总。

另外迎罗,我們還可以對算法做一個剪枝操作,我們不需要每次從最大的完全平方數(shù)一直遍歷到1片仿,只要遍歷前半部分就可以(為什么纹安?自己想)。比如說數(shù)字17砂豌,最大的完全平方數(shù)是16钻蔑,我們只需要從4遍歷到3即可。

最后奸鸯,根據(jù)上面的分析咪笑,我們的代碼如下:

class Solution {
public:
    int numSquares(int n) {
        int dp[n];
        memset(dp, 0, n * sizeof(n));
        int res = dfs(n, 0, dp);
        return res;
    }

private:
    /*
     * 用count記錄當(dāng)前使用了多少個完全平方數(shù)
     */
    int dfs(int n, int count, int *dp) {

        if (n == 0) { //已經(jīng)數(shù)字n分解完,直接返回count
            return count;
        }

        int c = 0;
        if ((c = dp[n - 1]) != 0) { //若在狀態(tài)數(shù)組中能找到解娄涩,直接返回窗怒,
            return count + c;       //并且還需要加上已經(jīng)使用的個數(shù)
        }
        
        //從所有的解中找出使用數(shù)字最少的
        int res = INT_MAX;
        int j = (int) sqrt(n);
        for (int i = j; i >= (j / 2 + 1); i--) {
            int num = n - pow(i, 2); 
            int c = dfs(num, count + 1, dp);
            res = min(res, c);
        }
        dp[n - 1] = res - count; //計(jì)算完成后,將結(jié)果保存到狀態(tài)數(shù)組中
        return res;
    }

};

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