【每日算法C#】爬楼梯问题 LeetCode

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public int ClimbStairs(int n) 
{
    int[] dp = new int[n + 1];  // 创建DP数组
    dp[0] = 1;  // 基础情况:0阶有1种方法(不动)
    dp[1] = 1;  // 基础情况:1阶有1种方法(爬1步)
    
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];  // 状态转移方程
    }
    
    return dp[n];  // 返回n阶的解
}

关键点解析

  1. 动态规划思想

    • 将大问题分解为小问题(到达第 i 阶的方法数)
    • 存储子问题解避免重复计算
  2. 状态定义

    • dp[i] 表示爬到第 i 阶楼梯的方法总数
  3. 状态转移方程

    • dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
    • 解释 :到达第 i 阶只能从:
      • 第 i-1 阶爬 1 步
      • 第 i-2 阶爬 2 步
  4. 基础情况

    • dp[0] = 1 :起点,不需要移动
    • dp[1] = 1 :只有 1→1 这一种方式

复杂度分析

维度 说明
时间复杂度 O(n) 单次遍历完成计算
空间复杂度 O(n) 需要长度为 n+1 的数组

示例计算(n=4)

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dp[0] = 1
dp[1] = 1
dp[2] = dp[1] + dp[0] = 1 + 1 = 2
dp[3] = dp[2] + dp[1] = 2 + 1 = 3
dp[4] = dp[3] + dp[2] = 3 + 2 = 5

空间优化(O(1)空间):

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public int ClimbStairs(int n) 
{
    if (n <= 1) return 1;
    
    int a = 1, b = 1;
    for (int i = 2; i <= n; i++) 
    {
        int temp = a + b;
        a = b;
        b = temp;
    }
    return b;
}

动态规划(Dynamic Programming)

动态规划(Dynamic Programming,简称DP)是一种解决复杂问题的算法思想,其核心理念可概括为以下五个关键点:

1. 分治思想(Divide and Conquer)
  • 本质:将大问题分解为相互关联的子问题
  • 特点:子问题不是独立的,而是相互重叠的
  • 类比:像拼图游戏,先解决局部小块,再组合成完整画面
  • 示例 :斐波那契数列中 fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2)
2. 最优子结构(Optimal Substructure)
  • 核心原则:问题的最优解包含其子问题的最优解
  • 关键特征:局部最优解能推导出全局最优解
  • 反例:求最长路径问题(不满足最优子结构)
  • 示例:背包问题中,包含当前物品的最优解 = 当前物品价值 + 剩余容量最优解
3. 重叠子问题(Overlapping Subproblems)
  • 核心特征:不同子问题会重复计算相同内容

  • 解决方法:存储子问题解避免重复计算

  • 对比

    方法 计算次数 时间复杂度
    递归 指数级 O(2ⁿ)
    DP 线性 O(n)
  • 示例:计算斐波那契数列时,fib(3)会被多次计算

4. 状态存储(Memoization)

  • 核心机制:用表格(通常数组)存储子问题解
  • 两种实现
    1. 自顶向下:递归+记忆化(Top-down)
    2. 自底向上:迭代填表(Bottom-up)

5. 状态转移方程(State Transition Equation)

  • 核心引擎:定义子问题之间的关系
  • 通用形式dp[i] = F(dp[i-1], dp[i-2], ..., 输入参数)
  • 设计步骤
    1. 定义状态: dp[i] 表示什么
    2. 初始化:边界条件设置
    3. 递推关系:如何从已知状态推导新状态
    4. 求解目标: dp[n]max/min(dp)
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