【LeetCode刷题】零钱兑换

给你一个整数数组 coins ,表示不同面额的硬币;以及一个整数 amount ,表示总金额。

计算并返回可以凑成总金额所需的 最少的硬币个数 。如果没有任何一种硬币组合能组成总金额,返回 -1

你可以认为每种硬币的数量是无限的。

示例 1:

复制代码
输入:coins = [1, 2, 5], amount = 11

输出:3
 
解释:11 = 5 + 5 + 1

示例 2:

复制代码
输入:coins = [2], amount = 3

输出:-1

示例 3:

复制代码
输入:coins = [1], amount = 0
输出:0

提示:

  • 1 <= coins.length <= 12
  • 1 <= coins[i] <=
  • 0 <= amount <=

解题思路(动态规划)

  1. 定义状态 :设 dp[i] 表示 "凑成金额 i 所需的最少硬币数"。
  2. 初始化
    • 初始化 dp 数组长度为 amount + 1,值为 amount + 1(因为最多需要 amount 个 1 元硬币,用 amount + 1 表示 "无法凑成");
    • dp[0] = 0(凑成金额 0 不需要硬币)。
  3. 状态转移
    • 遍历每个金额 i(从 1 到amount);
    • 对每个硬币 coin,若 coin ≤ i,则 dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)(选当前硬币时,硬币数 = 凑成i-coin的最少硬币数 + 1)。
  4. 结果判断 :若 dp[amount] 仍为初始值 amount + 1,说明无法凑成,返回 -1;否则返回 dp[amount]

Python代码:

python 复制代码
from typing import List


class Solution:
    def coinChange(self, coins: List[int], amount: int) -> int:
        """
        零钱兑换问题:计算凑成指定金额所需的最少硬币数
        :param coins: 可用的硬币面额列表(非负整数,无重复)
        :param amount: 目标凑单金额(非负整数)
        :return: 最少硬币数;若无法凑成返回-1
        """
        # 边界条件1:目标金额为0,无需硬币
        if amount == 0:
            return 0

        # 边界条件2:硬币列表为空 或 所有硬币面额都大于目标金额,无法凑成
        if not coins or min(coins) > amount:
            return -1

        # 初始化dp数组:dp[i]表示凑成金额i所需的最少硬币数
        # 初始值设为amount+1(最大可能需要amount个1元硬币,用amount+1标记"无法凑成")
        dp = [amount + 1] * (amount + 1)
        dp[0] = 0  # 基准:凑成金额0需要0个硬币

        # 优化:对硬币排序,遇到大于当前金额的硬币可提前终止内层循环
        coins.sort()

        # 遍历每个金额(从1到目标金额)
        for i in range(1, amount + 1):
            # 遍历每个硬币面额
            for coin in coins:
                # 若当前硬币面额大于当前金额,后续硬币更大,直接break
                if coin > i:
                    break
                # 状态转移:选当前硬币时,硬币数=凑成i-coin的最少硬币数+1
                dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)

        # 最终判断:若dp[amount]仍为初始值,说明无法凑成;否则返回最少硬币数
        return dp[amount] if dp[amount] != amount + 1 else -1


# ------------------- 测试用例 -------------------
if __name__ == "__main__":
    solution = Solution()

    # 测试用例1:常规可凑成(示例1)
    coins1 = [1, 2, 5]
    amount1 = 11
    print(f"测试用例1:coins={coins1}, amount={amount1}")
    print(f"最少硬币数:{solution.coinChange(coins1, amount1)}")  # 预期输出:3(5+5+1)

    # 测试用例2:无法凑成(示例2)
    coins2 = [2]
    amount2 = 3
    print(f"\n测试用例2:coins={coins2}, amount={amount2}")
    print(f"最少硬币数:{solution.coinChange(coins2, amount2)}")  # 预期输出:-1

    # 测试用例3:金额为0(示例3)
    coins3 = [1]
    amount3 = 0
    print(f"\n测试用例3:coins={coins3}, amount={amount3}")
    print(f"最少硬币数:{solution.coinChange(coins3, amount3)}")  # 预期输出:0

    # 测试用例4:硬币面额无序 + 大额金额
    coins4 = [10, 5, 1, 25]
    amount4 = 41
    print(f"\n测试用例4:coins={coins4}, amount={amount4}")
    print(
        f"最少硬币数:{solution.coinChange(coins4, amount4)}")  # 预期输出:3(25+10+5+1 → 修正:25+10+5+1=41?不,25+10+5+1是4个,正确最优是25+10+5+1 或 10*4+1,实际最优是 25+10+5+1=41(4个),代码会返回4)

LeetCode提交代码:

python 复制代码
class Solution:
    def coinChange(self, coins: List[int], amount: int) -> int:
        # 初始化dp数组,默认值为"无法凑成"的标记(amount+1)
        dp = [amount + 1] * (amount + 1)
        dp[0] = 0  # 凑成金额0需要0个硬币
        
        # 遍历每个金额
        for i in range(1, amount + 1):
            # 遍历每个硬币
            for coin in coins:
                if coin <= i:
                    # 更新最少硬币数
                    dp[i] = min(dp[i], dp[i - coin] + 1)
        
        # 判断结果:若dp[amount]未被更新,说明无法凑成
        return dp[amount] if dp[amount] != amount + 1 else -1
        

程序运行结果展示

bash 复制代码
测试用例1:coins=[1, 2, 5], amount=11
最少硬币数:3

测试用例2:coins=[2], amount=3
最少硬币数:-1

测试用例3:coins=[1], amount=0
最少硬币数:0

测试用例4:coins=[10, 5, 1, 25], amount=41
最少硬币数:4

总结

本文探讨了使用动态规划解决零钱兑换问题。给定不同面额的硬币数组coins和目标金额amount,需计算凑成金额的最少硬币数,若无法凑成则返回-1。核心思路是通过动态规划数组dp记录每个金额的最小硬币数,初始化dp[0]=0,其他为amount+1(表示不可达)。遍历金额时,对每个硬币面额进行状态转移:dp[i] = min(dp[i], dp[i-coin]+1)。最终检查dp[amount]是否被更新,未更新则返回-1。Python代码实现并通过测试用例验证,如示例coins=[1,2,5]amount=11输出3(5+5+1)。算法时间复杂度为O(amount×n),其中n为硬币种类数。

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