feat: add dynamic programming code for JS and TS (#692)

* fix: Correcting typos

* Add JavaScript and TypeScript code of dynamic programming.

* fix: Code Style

* Change ==/!= to ===/!==
* Create const by default, change to let if necessary.

* style fix: Delete unnecessary defined type
This commit is contained in:
gaofer 2023-08-30 15:27:01 +08:00 committed by GitHub
parent bc80234994
commit f7ab4797bf
No known key found for this signature in database
GPG Key ID: 4AEE18F83AFDEB23
18 changed files with 1360 additions and 4 deletions

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@ -104,7 +104,7 @@ public class min_path_sum {
// 暴力搜索
int res = minPathSumDFS(grid, n - 1, m - 1);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
// 记忆化搜索
int[][] mem = new int[n][m];
@ -112,14 +112,14 @@ public class min_path_sum {
Arrays.fill(row, -1);
}
res = minPathSumDFSMem(grid, mem, n - 1, m - 1);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
// 动态规划
res = minPathSumDP(grid);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
// 空间优化后的动态规划
res = minPathSumDPComp(grid);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
System.out.println("从左上角到右下角的小路径和为 " + res);
}
}

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@ -0,0 +1,30 @@
/**
* File: climbing_stairs_constraint_dp.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
function climbingStairsConstraintDP(n) {
if (n === 1 || n === 2) {
return n;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
const dp = Array.from(new Array(n + 1), () => new Array(3));
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (let i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
/* Driver Code */
const n = 9;
const res = climbingStairsConstraintDP(n);
console.log(`${n} 阶楼梯共有 ${res} 种方案`);

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@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: coin_change.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 零钱兑换:动态规划 */
function coinChangeDP(coins, amt) {
const n = coins.length;
const MAX = amt + 1;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移:首行首列
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
dp[0][a] = MAX;
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案的较小值
dp[i][a] = Math.min(dp[i - 1][a], dp[i][a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[n][amt] !== MAX ? dp[n][amt] : -1;
}
/* 零钱兑换:状态压缩后的动态规划 */
function coinChangeDPComp(coins, amt) {
const n = coins.length;
const MAX = amt + 1;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: amt + 1 }, () => MAX);
dp[0] = 0;
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[a] = dp[a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案的较小值
dp[a] = Math.min(dp[a], dp[a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[amt] !== MAX ? dp[amt] : -1;
}
/* Driver Code */
const coins = [1, 2, 5];
const amt = 4;
// 动态规划
let res = coinChangeDP(coins, amt);
console.log(`凑到目标金额所需的最少硬币数量为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = coinChangeDPComp(coins, amt);
console.log(`凑到目标金额所需的最少硬币数量为 ${res}`);

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@ -0,0 +1,64 @@
/**
* File: coin_change_ii.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 零钱兑换 II动态规划 */
function coinChangeIIDP(coins, amt) {
const n = coins.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0)
);
// 初始化首列
for (let i = 0; i <= n; i++) {
dp[i][0] = 1;
}
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案之和
dp[i][a] = dp[i - 1][a] + dp[i][a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[n][amt];
}
/* 零钱兑换 II状态压缩后的动态规划 */
function coinChangeIIDPComp(coins, amt) {
const n = coins.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0);
dp[0] = 1;
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[a] = dp[a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案之和
dp[a] = dp[a] + dp[a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[amt];
}
/* Driver Code */
const coins = [1, 2, 5];
const amt = 5;
// 动态规划
let res = coinChangeIIDP(coins, amt);
console.log(`凑出目标金额的硬币组合数量为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = coinChangeIIDPComp(coins, amt);
console.log(`凑出目标金额的硬币组合数量为 ${res}`);

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@ -0,0 +1,138 @@
/**
* File: edit_distance.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 编辑距离:暴力搜索 */
function editDistanceDFS(s, t, i, j) {
// 若 s 和 t 都为空,则返回 0
if (i === 0 && j === 0) return 0;
// 若 s 为空,则返回 t 长度
if (i === 0) return j;
// 若 t 为空,则返回 s 长度
if (j === 0) return i;
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1))
return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
const insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
const del = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
const replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 返回最少编辑步数
return Math.min(Math.min(insert, del), replace) + 1;
}
/* 编辑距离:记忆化搜索 */
function editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j) {
// 若 s 和 t 都为空,则返回 0
if (i === 0 && j === 0) return 0;
// 若 s 为空,则返回 t 长度
if (i === 0) return j;
// 若 t 为空,则返回 s 长度
if (j === 0) return i;
// 若已有记录,则直接返回之
if (mem[i][j] !== -1) return mem[i][j];
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1))
return editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
const insert = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j - 1);
const del = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j);
const replace = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// 记录并返回最少编辑步数
mem[i][j] = Math.min(Math.min(insert, del), replace) + 1;
return mem[i][j];
}
/* 编辑距离:动态规划 */
function editDistanceDP(s, t) {
const n = s.length,
m = t.length;
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () => new Array(m + 1).fill(0));
// 状态转移:首行首列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] =
Math.min(
Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]),
dp[i - 1][j - 1]
) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
/* 编辑距离:状态压缩后的动态规划 */
function editDistanceDPComp(s, t) {
const n = s.length,
m = t.length;
const dp = new Array(m + 1).fill(0);
// 状态转移:首行
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
let leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (let j = 1; j <= m; j++) {
const temp = dp[j];
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
const s = 'bag';
const t = 'pack';
const n = s.length,
m = t.length;
// 暴力搜索
let res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from(new Array(n + 1), () => new Array(m + 1).fill(-1));
res = editDistanceDFSMem(s, t, mem, n, m);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 动态规划
res = editDistanceDP(s, t);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = editDistanceDPComp(s, t);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);

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@ -0,0 +1,112 @@
/**
* File: knapsack.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 0-1 背包:暴力搜索 */
function knapsackDFS(wgt, val, i, c) {
// 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if (i === 0 || c === 0) {
return 0;
}
// 若超过背包容量,则只能不放入背包
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
}
// 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
const no = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
const yes = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// 返回两种方案中价值更大的那一个
return Math.max(no, yes);
}
/* 0-1 背包:记忆化搜索 */
function knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i, c) {
// 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if (i === 0 || c === 0) {
return 0;
}
// 若已有记录,则直接返回
if (mem[i][c] !== -1) {
return mem[i][c];
}
// 若超过背包容量,则只能不放入背包
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
}
// 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
const no = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
const yes = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// 记录并返回两种方案中价值更大的那一个
mem[i][c] = Math.max(no, yes);
return mem[i][c];
}
/* 0-1 背包:动态规划 */
function knapsackDP(wgt, val, cap) {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array(n + 1)
.fill(0)
.map(() => Array(cap + 1).fill(0));
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[i][c] = Math.max(
dp[i - 1][c],
dp[i - 1][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]
);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 0-1 背包:状态压缩后的动态规划 */
function knapsackDPComp(wgt, val, cap) {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array(cap + 1).fill(0);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
// 倒序遍历
for (let c = cap; c >= 1; c--) {
if (wgt[i - 1] <= c) {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[c] = Math.max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver Code */
const wgt = [10, 20, 30, 40, 50];
const val = [50, 120, 150, 210, 240];
const cap = 50;
const n = wgt.length;
// 暴力搜索
let res = knapsackDFS(wgt, val, n, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: cap + 1 }, () => -1)
);
res = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, n, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 动态规划
res = knapsackDP(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = knapsackDPComp(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);

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@ -0,0 +1,49 @@
/**
* File: min_cost_climbing_stairs_dp.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
function minCostClimbingStairsDP(cost) {
const n = cost.length - 1;
if (n === 1 || n === 2) {
return cost[n];
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
const dp = new Array(n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (let i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
/* 爬楼梯最小代价:状态压缩后的动态规划 */
function minCostClimbingStairsDPComp(cost) {
const n = cost.length - 1;
if (n === 1 || n === 2) {
return cost[n];
}
let a = cost[1],
b = cost[2];
for (let i = 3; i <= n; i++) {
const tmp = b;
b = Math.min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
/* Driver Code */
const cost = [0, 1, 10, 1, 1, 1, 10, 1, 1, 10, 1];
console.log('输入楼梯的代价列表为:', cost);
let res = minCostClimbingStairsDP(cost);
console.log(`爬完楼梯的最低代价为:${res}`);
res = minCostClimbingStairsDPComp(cost);
console.log(`爬完楼梯的最低代价为:${res}`);

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@ -0,0 +1,121 @@
/**
* File: min_path_sum.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 最小路径和:暴力搜索 */
function minPathSumDFS(grid, i, j) {
// 若为左上角单元格,则终止搜索
if (i === 0 && j === 0) {
return grid[0][0];
}
// 若行列索引越界,则返回 +∞ 代价
if (i < 0 || j < 0) {
return Infinity;
}
// 计算从左上角到 (i-1, j) 和 (i, j-1) 的最小路径代价
const left = minPathSumDFS(grid, i - 1, j);
const up = minPathSumDFS(grid, i, j - 1);
// 返回从左上角到 (i, j) 的最小路径代价
return Math.min(left, up) + grid[i][j];
}
/* 最小路径和:记忆化搜索 */
function minPathSumDFSMem(grid, mem, i, j) {
// 若为左上角单元格,则终止搜索
if (i === 0 && j === 0) {
return grid[0][0];
}
// 若行列索引越界,则返回 +∞ 代价
if (i < 0 || j < 0) {
return Infinity;
}
// 若已有记录,则直接返回
if (mem[i][j] !== -1) {
return mem[i][j];
}
// 左边和上边单元格的最小路径代价
const left = minPathSumDFSMem(grid, mem, i - 1, j);
const up = minPathSumDFSMem(grid, mem, i, j - 1);
// 记录并返回左上角到 (i, j) 的最小路径代价
mem[i][j] = Math.min(left, up) + grid[i][j];
return mem[i][j];
}
/* 最小路径和:动态规划 */
function minPathSumDP(grid) {
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n }, () =>
Array.from({ length: m }, () => 0)
);
dp[0][0] = grid[0][0];
// 状态转移:首行
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j];
}
// 状态转移:首列
for (let i = 1; i < n; i++) {
dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i < n; i++) {
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[i][j] = Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[n - 1][m - 1];
}
/* 最小路径和:状态压缩后的动态规划 */
function minPathSumDPComp(grid) {
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 初始化 dp 表
const dp = new Array(m);
// 状态转移:首行
dp[0] = grid[0][0];
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j];
}
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i < n; i++) {
// 状态转移:首列
dp[0] = dp[0] + grid[i][0];
// 状态转移:其余列
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[m - 1];
}
/* Driver Code */
const grid = [
[1, 3, 1, 5],
[2, 2, 4, 2],
[5, 3, 2, 1],
[4, 3, 5, 2],
]
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 暴力搜索
let res = minPathSumDFS(grid, n - 1, m - 1);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from({ length: n }, () =>
Array.from({ length: m }, () => -1)
);
res = minPathSumDFSMem(grid, mem, n - 1, m - 1);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 动态规划
res = minPathSumDP(grid);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = minPathSumDPComp(grid);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);

View File

@ -0,0 +1,63 @@
/**
* File: unbounded_knapsack.js
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 完全背包:动态规划 */
function unboundedKnapsackDP(wgt, val, cap) {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: cap + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[i][c] = Math.max(
dp[i - 1][c],
dp[i][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]
);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 完全背包:状态压缩后的动态规划 */
function unboundedKnapsackDPComp(wgt, val, cap) {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: cap + 1 }, () => 0);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[c] = dp[c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[c] = Math.max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver Code */
const wgt = [1, 2, 3];
const val = [5, 11, 15];
const cap = 4;
// 动态规划
let res = unboundedKnapsackDP(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = unboundedKnapsackDPComp(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);

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@ -61,3 +61,5 @@ res.forEach((state) => {
console.log('--------------------');
state.forEach((row) => console.log(row));
});
export {};

View File

@ -0,0 +1,35 @@
/**
* File: climbing_stairs_constraint_dp.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 带约束爬楼梯:动态规划 */
function climbingStairsConstraintDP(n: number): number {
if (n === 1 || n === 2) {
return n;
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
const dp = Array.from(
{ length: n + 1 },
() => new Array(3)
);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (let i = 3; i <= n; i++) {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
/* Driver Code */
const n = 9;
const res = climbingStairsConstraintDP(n);
console.log(`${n} 阶楼梯共有 ${res} 种方案`);
export {};

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@ -0,0 +1,68 @@
/**
* File: coin_change.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 零钱兑换:动态规划 */
function coinChangeDP(coins: Array<number>, amt: number): number {
const n = coins.length;
const MAX = amt + 1;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移:首行首列
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
dp[0][a] = MAX;
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案的较小值
dp[i][a] = Math.min(dp[i - 1][a], dp[i][a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[n][amt] !== MAX ? dp[n][amt] : -1;
}
/* 零钱兑换:状态压缩后的动态规划 */
function coinChangeDPComp(coins: Array<number>, amt: number): number {
const n = coins.length;
const MAX = amt + 1;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: amt + 1 }, () => MAX);
dp[0] = 0;
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[a] = dp[a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案的较小值
dp[a] = Math.min(dp[a], dp[a - coins[i - 1]] + 1);
}
}
}
return dp[amt] !== MAX ? dp[amt] : -1;
}
/* Driver Code */
const coins = [1, 2, 5];
const amt = 4;
// 动态规划
let res = coinChangeDP(coins, amt);
console.log(`凑到目标金额所需的最少硬币数量为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = coinChangeDPComp(coins, amt);
console.log(`凑到目标金额所需的最少硬币数量为 ${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: coin_change_ii.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 零钱兑换 II动态规划 */
function coinChangeIIDP(coins: Array<number>, amt: number): number {
const n = coins.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0)
);
// 初始化首列
for (let i = 0; i <= n; i++) {
dp[i][0] = 1;
}
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案之和
dp[i][a] = dp[i - 1][a] + dp[i][a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[n][amt];
}
/* 零钱兑换 II状态压缩后的动态规划 */
function coinChangeIIDPComp(coins: Array<number>, amt: number): number {
const n = coins.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: amt + 1 }, () => 0);
dp[0] = 1;
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let a = 1; a <= amt; a++) {
if (coins[i - 1] > a) {
// 若超过背包容量,则不选硬币 i
dp[a] = dp[a];
} else {
// 不选和选硬币 i 这两种方案之和
dp[a] = dp[a] + dp[a - coins[i - 1]];
}
}
}
return dp[amt];
}
/* Driver Code */
const coins = [1, 2, 5];
const amt = 5;
// 动态规划
let res = coinChangeIIDP(coins, amt);
console.log(`凑出目标金额的硬币组合数量为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = coinChangeIIDPComp(coins, amt);
console.log(`凑出目标金额的硬币组合数量为 ${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,151 @@
/**
* File: edit_distance.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 编辑距离:暴力搜索 */
function editDistanceDFS(s: string, t: string, i: number, j: number): number {
// 若 s 和 t 都为空,则返回 0
if (i === 0 && j === 0) return 0;
// 若 s 为空,则返回 t 长度
if (i === 0) return j;
// 若 t 为空,则返回 s 长度
if (j === 0) return i;
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1))
return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
const insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
const del = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
const replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 返回最少编辑步数
return Math.min(Math.min(insert, del), replace) + 1;
}
/* 编辑距离:记忆化搜索 */
function editDistanceDFSMem(
s: string,
t: string,
mem: Array<Array<number>>,
i: number,
j: number
): number {
// 若 s 和 t 都为空,则返回 0
if (i === 0 && j === 0) return 0;
// 若 s 为空,则返回 t 长度
if (i === 0) return j;
// 若 t 为空,则返回 s 长度
if (j === 0) return i;
// 若已有记录,则直接返回之
if (mem[i][j] !== -1) return mem[i][j];
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1))
return editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
const insert = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j - 1);
const del = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j);
const replace = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// 记录并返回最少编辑步数
mem[i][j] = Math.min(Math.min(insert, del), replace) + 1;
return mem[i][j];
}
/* 编辑距离:动态规划 */
function editDistanceDP(s: string, t: string): number {
const n = s.length,
m = t.length;
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: m + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移:首行首列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[0][j] = j;
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let j = 1; j <= m; j++) {
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[i][j] =
Math.min(
Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]),
dp[i - 1][j - 1]
) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
/* 编辑距离:状态压缩后的动态规划 */
function editDistanceDPComp(s: string, t: string): number {
const n = s.length,
m = t.length;
const dp = new Array(m + 1).fill(0);
// 状态转移:首行
for (let j = 1; j <= m; j++) {
dp[j] = j;
}
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i <= n; i++) {
// 状态转移:首列
let leftup = dp[0]; // 暂存 dp[i-1, j-1]
dp[0] = i;
// 状态转移:其余列
for (let j = 1; j <= m; j++) {
const temp = dp[j];
if (s.charAt(i - 1) === t.charAt(j - 1)) {
// 若两字符相等,则直接跳过此两字符
dp[j] = leftup;
} else {
// 最少编辑步数 = 插入、删除、替换这三种操作的最少编辑步数 + 1
dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 更新为下一轮的 dp[i-1, j-1]
}
}
return dp[m];
}
/* Driver Code */
const s = 'bag';
const t = 'pack';
const n = s.length,
m = t.length;
// 暴力搜索
let res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: m + 1 }, () => -1)
);
res = editDistanceDFSMem(s, t, mem, n, m);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 动态规划
res = editDistanceDP(s, t);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = editDistanceDPComp(s, t);
console.log(`${s} 更改为 ${t} 最少需要编辑 ${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,135 @@
/**
* File: knapsack.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 0-1 背包:暴力搜索 */
function knapsackDFS(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
i: number,
c: number
): number {
// 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if (i === 0 || c === 0) {
return 0;
}
// 若超过背包容量,则只能不放入背包
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
}
// 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
const no = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
const yes =
knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// 返回两种方案中价值更大的那一个
return Math.max(no, yes);
}
/* 0-1 背包:记忆化搜索 */
function knapsackDFSMem(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
mem: Array<Array<number>>,
i: number,
c: number
): number {
// 若已选完所有物品或背包无容量,则返回价值 0
if (i === 0 || c === 0) {
return 0;
}
// 若已有记录,则直接返回
if (mem[i][c] !== -1) {
return mem[i][c];
}
// 若超过背包容量,则只能不放入背包
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
}
// 计算不放入和放入物品 i 的最大价值
const no = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
const yes =
knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c - wgt[i - 1]) + val[i - 1];
// 记录并返回两种方案中价值更大的那一个
mem[i][c] = Math.max(no, yes);
return mem[i][c];
}
/* 0-1 背包:动态规划 */
function knapsackDP(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
cap: number
): number {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: cap + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[i][c] = Math.max(
dp[i - 1][c],
dp[i - 1][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]
);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 0-1 背包:状态压缩后的动态规划 */
function knapsackDPComp(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
cap: number
): number {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array(cap + 1).fill(0);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
// 倒序遍历
for (let c = cap; c >= 1; c--) {
if (wgt[i - 1] <= c) {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[c] = Math.max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver Code */
const wgt = [10, 20, 30, 40, 50];
const val = [50, 120, 150, 210, 240];
const cap = 50;
const n = wgt.length;
// 暴力搜索
let res = knapsackDFS(wgt, val, n, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: cap + 1 }, () => -1)
);
res = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, n, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 动态规划
res = knapsackDP(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = knapsackDPComp(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,51 @@
/**
* File: min_cost_climbing_stairs_dp.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 爬楼梯最小代价:动态规划 */
function minCostClimbingStairsDP(cost: Array<number>): number {
const n = cost.length - 1;
if (n === 1 || n === 2) {
return cost[n];
}
// 初始化 dp 表,用于存储子问题的解
const dp = new Array(n + 1);
// 初始状态:预设最小子问题的解
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状态转移:从较小子问题逐步求解较大子问题
for (let i = 3; i <= n; i++) {
dp[i] = Math.min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
/* 爬楼梯最小代价:状态压缩后的动态规划 */
function minCostClimbingStairsDPComp(cost: Array<number>): number {
const n = cost.length - 1;
if (n === 1 || n === 2) {
return cost[n];
}
let a = cost[1],
b = cost[2];
for (let i = 3; i <= n; i++) {
const tmp = b;
b = Math.min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
/* Driver Code */
const cost = [0, 1, 10, 1, 1, 1, 10, 1, 1, 10, 1];
console.log(`输入楼梯的代价列表为:${cost}`);
let res = minCostClimbingStairsDP(cost);
console.log(`爬完楼梯的最低代价为:${res}`);
res = minCostClimbingStairsDPComp(cost);
console.log(`爬完楼梯的最低代价为:${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,132 @@
/**
* File: min_path_sum.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 最小路径和:暴力搜索 */
function minPathSumDFS(
grid: Array<Array<number>>,
i: number,
j: number
): number {
// 若为左上角单元格,则终止搜索
if (i === 0 && j == 0) {
return grid[0][0];
}
// 若行列索引越界,则返回 +∞ 代价
if (i < 0 || j < 0) {
return Infinity;
}
// 计算从左上角到 (i-1, j) 和 (i, j-1) 的最小路径代价
const left = minPathSumDFS(grid, i - 1, j);
const up = minPathSumDFS(grid, i, j - 1);
// 返回从左上角到 (i, j) 的最小路径代价
return Math.min(left, up) + grid[i][j];
}
/* 最小路径和:记忆化搜索 */
function minPathSumDFSMem(
grid: Array<Array<number>>,
mem: Array<Array<number>>,
i: number,
j: number
): number {
// 若为左上角单元格,则终止搜索
if (i === 0 && j === 0) {
return grid[0][0];
}
// 若行列索引越界,则返回 +∞ 代价
if (i < 0 || j < 0) {
return Infinity;
}
// 若已有记录,则直接返回
if (mem[i][j] != -1) {
return mem[i][j];
}
// 左边和上边单元格的最小路径代价
const left = minPathSumDFSMem(grid, mem, i - 1, j);
const up = minPathSumDFSMem(grid, mem, i, j - 1);
// 记录并返回左上角到 (i, j) 的最小路径代价
mem[i][j] = Math.min(left, up) + grid[i][j];
return mem[i][j];
}
/* 最小路径和:动态规划 */
function minPathSumDP(grid: Array<Array<number>>): number {
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n }, () =>
Array.from({ length: m }, () => 0)
);
dp[0][0] = grid[0][0];
// 状态转移:首行
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j];
}
// 状态转移:首列
for (let i = 1; i < n; i++) {
dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
}
// 状态转移:其余行列
for (let i = 1; i < n; i++) {
for (let j: number = 1; j < m; j++) {
dp[i][j] = Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[n - 1][m - 1];
}
/* 最小路径和:状态压缩后的动态规划 */
function minPathSumDPComp(grid: Array<Array<number>>): number {
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 初始化 dp 表
const dp = new Array(m);
// 状态转移:首行
dp[0] = grid[0][0];
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j];
}
// 状态转移:其余行
for (let i = 1; i < n; i++) {
// 状态转移:首列
dp[0] = dp[0] + grid[i][0];
// 状态转移:其余列
for (let j = 1; j < m; j++) {
dp[j] = Math.min(dp[j - 1], dp[j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[m - 1];
}
/* Driver Code */
const grid = [
[1, 3, 1, 5],
[2, 2, 4, 2],
[5, 3, 2, 1],
[4, 3, 5, 2],
];
const n = grid.length,
m = grid[0].length;
// 暴力搜索
let res = minPathSumDFS(grid, n - 1, m - 1);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 记忆化搜索
const mem = Array.from({ length: n }, () =>
Array.from({ length: m }, () => -1)
);
res = minPathSumDFSMem(grid, mem, n - 1, m - 1);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 动态规划
res = minPathSumDP(grid);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = minPathSumDPComp(grid);
console.log(`从左上角到右下角的最小路径和为 ${res}`);
export {};

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@ -0,0 +1,73 @@
/**
* File: unbounded_knapsack.ts
* Created Time: 2023-08-23
* Author: Gaofer Chou (gaofer-chou@qq.com)
*/
/* 完全背包:动态规划 */
function unboundedKnapsackDP(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
cap: number
): number {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: n + 1 }, () =>
Array.from({ length: cap + 1 }, () => 0)
);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[i][c] = Math.max(
dp[i - 1][c],
dp[i][c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]
);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
/* 完全背包:状态压缩后的动态规划 */
function unboundedKnapsackDPComp(
wgt: Array<number>,
val: Array<number>,
cap: number
): number {
const n = wgt.length;
// 初始化 dp 表
const dp = Array.from({ length: cap + 1 }, () => 0);
// 状态转移
for (let i = 1; i <= n; i++) {
for (let c = 1; c <= cap; c++) {
if (wgt[i - 1] > c) {
// 若超过背包容量,则不选物品 i
dp[c] = dp[c];
} else {
// 不选和选物品 i 这两种方案的较大值
dp[c] = Math.max(dp[c], dp[c - wgt[i - 1]] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
/* Driver Code */
const wgt = [1, 2, 3];
const val = [5, 11, 15];
const cap = 4;
// 动态规划
let res = unboundedKnapsackDP(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
// 状态压缩后的动态规划
res = unboundedKnapsackDPComp(wgt, val, cap);
console.log(`不超过背包容量的最大物品价值为 ${res}`);
export {};