算法刷题打卡第32天:预测赢家---动态规划
创始人
2024-03-07 17:35:20

预测赢家

难度:中等
给你一个整数数组 nums 。玩家 1 和玩家 2 基于这个数组设计了一个游戏。

玩家 1 和玩家 2 轮流进行自己的回合,玩家 1 先手。开始时,两个玩家的初始分值都是 0 。每一回合,玩家从数组的任意一端取一个数字(即,nums[0] 或 nums[nums.length - 1]),取到的数字将会从数组中移除(数组长度减 1 )。玩家选中的数字将会加到他的得分上。当数组中没有剩余数字可取时,游戏结束。

如果玩家 1 能成为赢家,返回 true 。如果两个玩家得分相等,同样认为玩家 1 是游戏的赢家,也返回 true 。你可以假设每个玩家的玩法都会使他的分数最大化。

示例 1:

输入:nums = [1,5,2]
输出:false
解释:
一开始,玩家 1 可以从 1 和 2 中进行选择。
如果他选择 2(或者 1 ),那么玩家 2 可以从 1(或者 2 )和 5 中进行选择。
如果玩家 2 选择了 5 ,那么玩家 1 则只剩下 1(或者 2 )可选。 
所以,玩家 1 的最终分数为 1 + 2 = 3,而玩家 2 为 5 。
因此,玩家 1 永远不会成为赢家,返回 false 。

示例 2:

输入:nums = [1,5,233,7]
输出:true
解释:
玩家 1 一开始选择 1 。然后玩家 2 必须从 5 和 7 中进行选择。
无论玩家 2 选择了哪个,玩家 1 都可以选择 233 。
最终,玩家 1(234 分)比玩家 2(12 分)获得更多的分数,所以返回 true,表示玩家 1 可以成为赢家。

解法一、动态规划:二维数组

思路:
方法一使用递归,存在大量重复计算,因此时间复杂度很高。由于存在重复子问题,因此可以使用动态规划降低时间复杂度。

定义二维数组 dp\textit{dp}dp,其行数和列数都等于数组的长度,dp[i][j]\textit{dp}[i][j]dp[i][j] 表示当数组剩下的部分为下标 iii 到下标 jjj 时,即在下标范围 [i,j][i, j][i,j] 中,当前玩家与另一个玩家的分数之差的最大值,注意当前玩家不一定是先手。

  • 只有当 i≤ji\le ji≤j 时,数组剩下的部分才有意义,因此当 i>ji>ji>j 时,dp[i][j]=0\textit{dp}[i][j]=0dp[i][j]=0。

  • 当 i=ji=ji=j 时,只剩一个数字,当前玩家只能拿取这个数字,因此对于所有 0≤i

  • 当 i

    • dp[i][j]=max⁡(nums[i]−dp[i+1][j],nums[j]−dp[i][j−1])\textit{dp}[i][j]=\max(\textit{nums}[i] - \textit{dp}[i + 1][j], \textit{nums}[j] - \textit{dp}[i][j - 1])dp[i][j]=max(nums[i]−dp[i+1][j],nums[j]−dp[i][j−1])

最后判断 dp[0][nums.length−1]\textit{dp}[0][\textit{nums}.\text{length}-1]dp[0][nums.length−1] 的值,如果大于或等于 000,则先手得分大于或等于后手得分,因此先手成为赢家,否则后手成为赢家。

时间复杂度:O(n2)O(n^2)O(n2),其中 nnn 是数组的长度。需要计算每个子数组对应的 dp\textit{dp}dp 的值,共有 n(n+1)2\frac{n(n+1)}{2}2n(n+1)​ 个子数组。
空间复杂度:O(n2)O(n^2)O(n2),其中 nnn 是数组的长度。空间复杂度取决于额外创建的数组 dp\textit{dp}dp。

class Solution:def PredictTheWinner(self, nums: List[int]) -> bool:length = len(nums)dp = [0] * lengthfor i, num in enumerate(nums):dp[i] = numfor i in range(length-2, -1, -1):for j in range(i+1, length):dp[j] = max(nums[i] - dp[j], nums[j] - dp[j-1])return dp[length-1] >= 0

解法二、动态规划:一维数组

思路:
上述代码中使用了二维数组 dp\textit{dp}dp。分析状态转移方程可以看到,dp[i][j]\textit{dp}[i][j]dp[i][j] 的值只和 dp[i+1][j]\textit{dp}[i + 1][j]dp[i+1][j] 与 dp[i][j−1]\textit{dp}[i][j - 1]dp[i][j−1] 有关,即在计算 dp\textit{dp}dp 的第 iii 行的值时,只需要使用到 dp\textit{dp}dp 的第 iii 行和第 i+1i+1i+1 行的值,因此可以使用一维数组代替二维数组,对空间进行优化。

时间复杂度:O(n2)O(n^2)O(n2),其中 nnn 是数组的长度。需要计算每个子数组对应的 dp\textit{dp}dp 的值,共有 n(n+1)2\frac{n(n+1)}{2}2n(n+1)​ 个子数组。
空间复杂度:O(n)O(n)O(n),其中 nnn 是数组的长度。空间复杂度取决于额外创建的数组 dp\textit{dp}dp。

class Solution:def PredictTheWinner(self, nums: List[int]) -> bool:length = len(nums)dp = nums.copy()for i in range(length-2, -1, -1):for j in range(i+1, length):# 因为每次使用的都是当次替换前的值和上次替换过的值# 所以直接进行覆盖不会影响最终结果dp[j] = max(nums[i] - dp[j], nums[j] - dp[j-1])return dp[length-1] >= 0

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode.cn/problems/predict-the-winner

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