LeetCode 70.爬楼梯
题目描述
假设你正在爬楼梯。需要n阶你才能到达楼顶。
每次你可以爬1或2个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢？
举个例子：
输入： n = 2
输出： 2
解释： 有两种方法可以爬到楼顶。
1. 1阶 + 1阶
2. 2阶视频题解
爬楼梯
思路来源
思路来源
知识回顾
动态规划 是一种通过将原问题分解为子问题来求解复杂问题的算法思想。它通常用于求解最优化问题 ，例如最长公共子序列、背包问题等。动态规划的核心思想是将原问题分解为若干个子问题，通过求解子问题的最优解推导出原问题的最优解。可以通过两点来判断一个问题能不能通过动态规划来解，一是该问题是否存在递归结构，二是对应的子问题能否记忆化。动态规划可以通过带备忘录的自上而下的递归 和自下而上的迭代 来分别实现。由于递归需要用到栈来实现，一些语言对递归的深度是有限制的，所以自下而上的迭代是动态规划的最佳实现方式。
思路解析
假设只有4个台阶，0阶代表地面。
整个爬楼梯的过程对应的决策树可以表示成下图：
每个节点的值表示剩余的台阶数，从根节点到叶子结点组成的路径代表一种爬楼梯的方法。
整个决策树存在递归结构，还存在重复子问题两个节点2、三个节点1，这些子问题计算一次后可以直接保存下来，避免多次重复计算。这就满足了使用动态规划的条件：存在递归结构 和子问题可以记忆化 。所以本题可以用动态规划 来解，动态规划 的两个核心点是推导状态转移公式 和边界处理。
定义dp[i]为i个台阶对应的爬楼梯的方法个数 。dp[i]的准确定义是推导状态转移公式的关键。
因为每次只能爬1或2个台阶，从上面的图可以看出4个台阶的爬楼梯方法可以拆解成3和2个台阶爬楼梯方法之和。说白了就是节点4到叶子节点0的所有路径等于节点3和节点2到叶子节点路径的总和。
d p 4 = d p 3 + d p 2 dp4 = dp3 + dp2 dp4=dp3+dp2
由4个台阶进一步扩展到n个台阶，我们得到下面的状态转移公式 ：
d p i = d p i − 1 + d p i − 2 , 1 < i < = n dpi = dpi-1 + dpi-2, 1 < i <= n dpi=dpi−1+dpi−2,1<i<=n
接下来进行边界处理 ，根据上面的公式可知 d p 2 = d p 1 + d p 0 dp2 = dp1 + dp0 dp2=dp1+dp0，很显然dp[1] = 1，dp[2] = 2，上面也说到0阶代表地面，为了写代码方便这里我们定义dp[0] = 1。
C++代码
cpp
class Solution {
public:
int climbStairs(int n) {
//因为有n阶台阶，台阶从0开始计算，所以定义n+1个元素
vector<int> dp(n+1, 0);
//定义边界dp[0]=1
dp[0] = 1;
dp[1] = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
//状态转移公式
dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2];
}
return dp[n];
}
};java代码
java
class Solution {
public int climbStairs(int n) {
// 因为有n阶台阶，台阶从0开始计算，所以定义n+1个元素
int[] dp = new int[n + 1];
// 定义边界dp[0]=1
dp[0] = 1;
dp[1] = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
// 状态转移公式
dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2];
}
return dp[n];
}
}python代码
python
class Solution:
def climbStairs(self, n: int) -> int:
# 因为有n阶台阶，台阶从0开始计算，所以定义n+1个元素
dp = [0] * (n + 1)
# 定义边界dp[0]=1
dp[0] = 1
dp[1] = 1
for i in range(2, n + 1):
# 状态转移公式
dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
return dp[n]上面的代码实现使用了一个长为n+1的dp数组，我们观察状态转移公式的规律，其实并不需要保存每个台阶数为i的爬楼梯方法，可以通过两个整型变量来优化上面的实现。
c++代码
cpp
class Solution {
public:
int climbStairs(int n) {
int pre = 1;
int next = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
int temp = next;
next = pre + next;
pre = temp;
}
return next;
}
};java代码
java
class Solution {
public int climbStairs(int n) {
int pre = 1;
int next = 1;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
int temp = next;
next = pre + next;
pre = temp;
}
return next;
}
}python代码
python
class Solution:
def climbStairs(self, n: int) -> int:
pre = 1
next = 1
for i in range(2, n + 1):
temp = next
next = pre + next
pre = temp
return next复杂度分析
时间复杂度： 两种实现方式的时间复杂度都是O(n) ，n为台阶的个数。
空间复杂度： 第一种实现方式的空间复杂度为O(n) ，n为台阶的个数。第二种实现方式的空间复杂度为O(1)。