环形房屋如何 “安全劫舍”?动态规划解题逻辑与技巧

环形房屋如何 "安全劫舍"?动态规划解题逻辑与技巧

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1、问题描述

你是一个专业的小偷,计划偷窃环形排列的房屋。每间房屋都有一定金额,但如果偷窃相邻的两间房屋就会触发警报。计算在不触发警报的情况下能够偷窃到的最高金额。

2、解题思路

这个问题是经典打家劫舍问题的变种,房屋排列成环形。我们可以将其分解为两个子问题:

  1. 不偷第一间房屋
  2. 不偷最后一间房屋
    然后取这两个子问题的最大值作为最终结果。

3、动态规划解法

3.1 辅助函数

首先实现一个标准的打家劫舍函数,处理线性排列的房屋:

c 复制代码
int robLinear(int* nums, int start, int end) {
    int prev = 0, curr = 0;
    for (int i = start; i < end; i++) {
        int temp = curr;
        curr = (prev + nums[i] > curr) ? prev + nums[i] : curr;
        prev = temp;
    }
    return curr;
}

3.2 主函数

处理环形排列的情况:

c 复制代码
int rob(int* nums, int numsSize) {
    if (numsSize == 0) return 0;
    if (numsSize == 1) return nums[0];
    
    // 两种情况:不偷第一间或不偷最后一间
    int option1 = robLinear(nums, 0, numsSize - 1);
    int option2 = robLinear(nums, 1, numsSize);
    
    return (option1 > option2) ? option1 : option2;
}

4、代码解析

  1. 边界条件处理:

    • 空数组返回0
    • 只有一间房屋直接返回该房屋金额
  2. 分解问题:

    • option1:不偷最后一间房屋(即考虑从第1间到倒数第2间)
    • option2:不偷第一间房屋(即考虑从第2间到最后1间)
  3. 动态规划核心:

    • prev和curr分别记录前一步和当前的最大金额
    • 对于每间房屋,选择偷或不偷的最大值

5、复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),只需两次线性遍历
  • 空间复杂度:O(1),只使用常数空间

6、测试用例

c 复制代码
int main() {
    int nums1[] = {2,3,2};
    printf("%d\n", rob(nums1, 3));  // 输出3
    
    int nums2[] = {1,2,3,1};
    printf("%d\n", rob(nums2, 4));  // 输出4
    
    int nums3[] = {1,2,3};
    printf("%d\n", rob(nums3, 3));  // 输出3
    
    return 0;
}

7、关键点总结

  1. 问题分解:将环形问题分解为两个线性问题
  2. 动态规划:使用标准打家劫舍的解法处理线性情况
  3. 空间优化:只用两个变量存储中间结果,无需完整DP数组
  4. 边界处理:正确处理空数组和单元素数组的情况

8、常见问题解答

Q: 为什么分解为两个子问题?

A: 因为第一间和最后一间不能同时偷,所以要么不偷第一间,要么不偷最后一间。

Q: 如何保证不偷相邻房屋?

A: 动态规划中总是比较偷当前房屋和不偷当前房屋的较大值。

Q: 这个方法能处理所有情况吗?

A: 是的,这种方法能正确处理所有可能的环形排列情况。

Q: 为什么空间复杂度是O(1)?

A: 因为我们只使用了固定数量的变量,没有使用与输入规模相关的额外空间。

面试提示:解释清楚如何将环形问题转化为线性问题,并说明动态规划的状态转移过程,这能展示你对问题的深入理解。

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