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title 动态规划面试题总结:状态转移、背包、子序列与 Java 模板
description 动态规划面试题总结,讲解状态定义、状态转移、初始化、遍历顺序、0-1 背包、完全背包、子序列、区间 DP 和 LeetCode 高频题。
category 计算机基础
tag
算法
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meta
name content
keywords
动态规划,DP,状态转移,背包问题,0-1背包,完全背包,子序列,区间DP,Java动态规划,LeetCode动态规划

动态规划难,不是因为代码一定长,而是因为状态定义一旦错了,后面的转移方程、初始化和遍历顺序都会跟着错。

面试里不要一上来就背模板。先问自己两个问题:这个问题能不能拆成子问题?当前答案是否依赖前面已经算过的答案?如果这两个问题都成立,再考虑 DP。

面试考察重点

  • 能说清 dp[i]dp[i][j] 的含义。
  • 能写出状态转移方程。
  • 能处理初始化和遍历顺序。
  • 能判断是否可以压缩空间。
  • 能区分背包、子序列、区间等常见类型。

什么时候考虑动态规划?

DP 不是看到“最值”就套。更靠谱的判断是看两个条件:

  1. 问题能不能拆成规模更小的同类问题。
  2. 子问题会不会被反复计算。

比如斐波那契数列,f(n) 依赖 f(n - 1)f(n - 2),而 f(n - 2) 会在递归里被反复计算。把这些中间结果存下来,就是 DP。

面试里可以先从暴力递归说起,再说明哪里重复计算,最后把递归改成记忆化搜索或表格递推。这个过程比直接背 dp 数组更容易让面试官相信你真的理解。

DP 五步法

  1. 定义状态:dp[i] 到底表示什么。
  2. 写转移:当前状态从哪些状态推出来。
  3. 做初始化:没有前置状态时答案是什么。
  4. 定遍历顺序:先算哪些状态,后算哪些状态。
  5. 检查样例:用一个小输入手推数组。

其中最重要的是第 1 步。dp[i] 的含义一旦含糊,后面的代码就会变成试出来的。

一个好的状态定义通常满足:

  • 能覆盖题目要问的答案。
  • 能从更小状态推出来。
  • 维度尽量少,但不要为了省空间把含义写乱。

一维 DP 示例

爬楼梯问题:

int climbStairs(int n) {
    if (n <= 2) {
        return n;
    }
    int prev2 = 1;
    int prev1 = 2;
    for (int i = 3; i <= n; i++) {
        int cur = prev1 + prev2;
        prev2 = prev1;
        prev1 = cur;
    }
    return prev1;
}

状态含义:到第 i 阶有多少种走法。转移方程:dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2]

这题还可以从递归推出来:

到第 i 阶的最后一步,要么从 i-1 走 1 步上来,要么从 i-2 走 2 步上来。

所以 dp[i] 只依赖前两个状态,可以把数组压缩成两个变量。空间压缩的前提是你确认旧状态以后不会再用。

0-1 背包模板

每个物品只能选一次:

int knapsack01(int[] weights, int[] values, int capacity) {
    int[] dp = new int[capacity + 1];
    for (int i = 0; i < weights.length; i++) {
        for (int j = capacity; j >= weights[i]; j--) {
            dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weights[i]] + values[i]);
        }
    }
    return dp[capacity];
}

容量要倒序遍历,避免同一个物品在一轮里被重复使用。

倒序遍历是 0-1 背包最容易被问的点。假设容量正序遍历,计算 dp[j] 时可能用到本轮刚更新过的 dp[j - weight],等于同一个物品被选了多次。这就变成完全背包了。

0-1 背包的典型问法不一定直接叫背包,像“能否分成两个和相等的子集”,可以转成:能否从数组里选一些数,使它们的和等于总和的一半。

完全背包模板

每个物品可以选多次:

int unboundedKnapsack(int[] weights, int[] values, int capacity) {
    int[] dp = new int[capacity + 1];
    for (int i = 0; i < weights.length; i++) {
        for (int j = weights[i]; j <= capacity; j++) {
            dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weights[i]] + values[i]);
        }
    }
    return dp[capacity];
}

容量正序遍历,允许当前物品被重复使用。

完全背包里,正序遍历容量正是为了允许当前物品重复使用。比如零钱兑换,每种硬币可以用多次,计算更大金额时可以基于当前硬币已经参与过的状态继续转移。

如果题目问的是“组合数”还是“排列数”,遍历顺序也会变:

  • 组合数:通常先遍历物品,再遍历容量。
  • 排列数:通常先遍历容量,再遍历物品。

这块面试不一定问很深,但遇到零钱兑换 II 这类题时很关键。

常见题型

题型 状态设计 代表题
爬楼梯/打家劫舍 dp[i] 表示前 i 个位置的最优值 70、198
背包 dp[j] 表示容量为 j 时的最优值或方案数 416、518、322
子序列 dp[i]dp[i][j] 表示以某位置结尾或两个前缀的答案 300、1143
回文 dp[i][j] 表示区间 [i, j] 是否满足条件或最优值 647、516
路径 dp[i][j] 表示走到格子 (i, j) 的答案 62、64

记忆化搜索和递推怎么选?

两种写法都在存子问题答案。

写法 特点 适合场景
记忆化搜索 从目标状态往下递归,按需计算 状态转移复杂、递归更自然
递推 从小状态往大状态填表 遍历顺序清楚、方便压缩空间

如果一开始想不清遍历顺序,可以先写记忆化搜索。等状态关系清楚后,再改成递推。很多树形 DP、区间 DP,用记忆化搜索更容易写对。

面试手写路径

DP 题不建议直接从代码开始。面试手写时,可以先把下面 4 句话讲清楚:

  1. dp 数组的含义是什么,答案最终落在哪个位置。
  2. 当前状态依赖哪些旧状态,为什么这些旧状态已经算过。
  3. 初始化为什么这样写,尤其是 01、无穷大分别代表什么。
  4. 遍历顺序为什么不会提前使用未计算或不该重复使用的状态。

如果这 4 句话说不清,代码大概率是靠记忆写出来的,遇到变体就容易散。

代表题精讲:零钱兑换

322. 零钱兑换 是完全背包里很适合面试的一题。题目给定硬币面额和目标金额,问凑成目标金额最少需要多少枚硬币,每种硬币可以使用无限次。

状态定义可以这样说:

dp[j] 表示凑成金额 j 所需的最少硬币数。

初始化是这题的关键。dp[0] = 0,表示凑成金额 0 不需要硬币;其他金额先设成一个不可能的较大值,表示暂时不可达。

代码里用到 Arrays.fill,需要导入 java.util.Arrays

int coinChange(int[] coins, int amount) {
    int max = amount + 1;
    int[] dp = new int[amount + 1];
    Arrays.fill(dp, max);
    dp[0] = 0;

    for (int coin : coins) {
        for (int j = coin; j <= amount; j++) {
            dp[j] = Math.min(dp[j], dp[j - coin] + 1);
        }
    }

    return dp[amount] == max ? -1 : dp[amount];
}

为什么容量正序遍历?因为一枚硬币可以用多次。计算 dp[j] 时使用 dp[j - coin],如果 dp[j - coin] 已经在本轮被当前硬币更新过,就代表当前硬币可以继续被使用,这正好符合完全背包。

如果题目变成“每种硬币只能用一次”,容量就要倒序遍历。遍历方向不是格式问题,而是在控制同一件物品能不能重复参与转移。

状态定义对比

DP 题经常不是不会写转移,而是状态含义选错。下面几组状态看起来接近,但写法完全不同:

题型 状态含义 常见转移关注点
最长递增子序列 dp[i] 表示以 nums[i] 结尾的 LIS 长度 必须选 nums[i],向前找更小值
打家劫舍 dp[i] 表示前 i 间房子的最大金额 i 间偷或不偷
最长公共子序列 dp[i][j] 表示两个前缀的 LCS 长度 比较两个前缀最后一个字符
回文子串 dp[i][j] 表示区间 [i, j] 是否回文 依赖内部区间 [i + 1, j - 1]

面试里可以主动说一句:这里的 dp[i] 是“以 i 结尾”,不是“前 i 个元素里的最优值”。这句话能避免很多子序列题写错。

过程示意和边界样例

以爬楼梯为例,n = 5 时的状态变化如下:

i dp[i - 2] dp[i - 1] dp[i]
3 1 2 3
4 2 3 5
5 3 5 8

这张表要看的不是数字本身,而是状态只依赖前两个位置,所以可以压缩成两个变量。

DP 题建议检查这些边界:

输入 重点
n = 0 或空数组 初始化是否覆盖
只有 1 个元素 是否越界访问 dp[1]
无法组成目标 初始值是否能表达“不可达”
求方案数 初始化和遍历顺序是否正确

常见错误写法:

for (int j = weights[i]; j <= capacity; j++) {
    dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - weights[i]] + values[i]); // 0-1 背包中是错的
}

0-1 背包中容量要倒序遍历,否则本轮刚更新的状态会被再次使用,相当于同一个物品被选了多次。

易错点

  • dp 含义不要频繁变化。
  • 初始化不是随便填 0,要看状态含义。
  • 0-1 背包容量倒序,完全背包容量正序。
  • 求方案数和求最值的初始化不同。
  • 子序列题经常需要区分“以 i 结尾”和“前 i 个元素内”。

高频问题自测

  • 为什么 DP 的第一步一定是定义状态?
  • 记忆化搜索和递推的区别是什么?什么时候先写记忆化更稳?
  • 0-1 背包为什么容量要倒序遍历?
  • 完全背包为什么容量可以正序遍历?
  • dp[i] 表示“以 i 结尾”和表示“前 i 个元素”时,转移有什么区别?
  • 求最少次数、最大价值、方案数时,初始化分别要注意什么?

推荐练习题