/**
* 最小路径和问题
* 给你一个二维数组,二维数组中的每个数都是正数,要求从左上角
* 走到右下角,每一步只能向右或者向下,沿途经过的数字要累加起来。
*
* 要求:返回最小的路径和
*
* 解法一:暴力递归方式
*/
public class MinPath {
public static int minPath(int[][] array){
if(array == null || array.length == 0 || array[0].length == 0){
throw new IllegalArgumentException("参数非法");
}
//从(0, 0)位置开始走,得到最终结果
return minPath(array, 0, 0 );
}
/**
* 暴力递归方式求解最短路径问题
* @param array 二维数组
* @param i 当前走到的行
* @param j 当前走到的列
* @return
*/
private static int minPath(int[][] array, int i, int j){
//当i的值为array.length - 1并且j的值为array[0].length - 1时表示走到了右下角
if(i == array.length - 1 && j == array[0].length - 1){
//走到了右下角则直接返回右下角的数值
return array[i][j];
}
//当i的值为array.length - 1并且j的值不为array[0].length - 1时,只能往右走
if(i == array.length - 1 && j != array[0].length - 1){
return array[i][j] + minPath(array, i ,j + 1);
}else if(i != array.length - 1 && j == array[0].length - 1){
//当i的值不为array.length - 1并且j的值为array[0].length - 1时,只能往下走
return array[i][j] + minPath(array, i + 1, j);
}
//否则既可以向下走也可以向右走,此时选取路径最短的那个
return array[i][j] + Math.min(minPath(array, i, j + 1), minPath(array, i + 1, j));
}
//测试函数
public static void main(String[] args) {
int[][] array = { { 3, 1, 0, 2 }, { 4, 3, 2, 1 }, { 5, 2, 1, 0 } };
System.out.println("最小路径和为 ;" + minPath(array));
}
}
我们新建一个额外的 dpdp 数组,与原矩阵大小相同。在这个矩阵中,dp(i, j)dp(i,j) 表示从坐标 (i, j)(i,j) 到右下角的最小路径权值。我们初始化右下角的 dpdp 值为对应的原矩阵值,然后去填整个矩阵,对于每个元素考虑移动到右边或者下面,因此获得最小路径和我们有如下递推公式:
dp(i, j)= mathrm{grid}(i,j)+min big(dp(i+1,j),dp(i,j+1)big)
dp(i,j)=grid(i,j)+min(dp(i+1,j),dp(i,j+1))
注意边界情况。下图描述了这个过程:
注意求一个点到最右下角的点的最小路径和,不应该考虑怎么直接到,而是倒着考虑,如果我们把上图的每一个点到最右下角的最小距离都算出来了,还愁算不出来吗?
public class Solution {
public int minPathSum(int[][] grid) {
int[][] dp = new int[grid.length][grid[0].length];
for (int i = grid.length - 1; i >= 0; i--) {
for (int j = grid[0].length - 1; j >= 0; j--) {
if(i == grid.length - 1 && j != grid[0].length - 1)
dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i][j + 1];
else if(j == grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
dp[i][j] = grid[i][j] + dp[i + 1][j];
else if(j != grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
dp[i][j] = grid[i][j] + Math.min(dp[i + 1][j], dp[i][j + 1]);
else
dp[i][j] = grid[i][j];
}
}
return dp[0][0];
}
}
时间复杂度 :O(mn)O(mn)。遍历整个矩阵恰好一次。
空间复杂度 :O(mn)O(mn)。额外的一个同大小矩阵。
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在上个解法中,我们可以用一个一维数组来代替二维数组,dpdp 数组的大小和行大小相同。这是因为对于某个固定状态,只需要考虑下方和右侧的节点。首先初始化 dpdp 数组最后一个元素是右下角的元素值,然后我们向左移更新每个 dp(j)dp(j) 为:
dp(j)=grid(i,j)+min(dp(j),dp(j+1))
我们对于每一行都重复这个过程,然后向上一行移动,计算完成后 dp(0)dp(0) 就是最后的结果。
public class Solution {
public int minPathSum(int[][] grid) {
int[] dp = new int[grid[0].length];
for (int i = grid.length - 1; i >= 0; i--) {
for (int j = grid[0].length - 1; j >= 0; j--) {
if(i == grid.length - 1 && j != grid[0].length - 1)
dp[j] = grid[i][j] + dp[j + 1];
else if(j == grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
dp[j] = grid[i][j] + dp[j];
else if(j != grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
dp[j] = grid[i][j] + Math.min(dp[j], dp[j + 1]);
else
dp[j] = grid[i][j];
}
}
return dp[0];
}
}
其实没啥变化和上面的方法二,或者说因为中间状态我们都不用考虑,其实完全可以不申请额外的空间,如下:
public class Solution {
public int minPathSum(int[][] grid) {
for (int i = grid.length - 1; i >= 0; i--) {
for (int j = grid[0].length - 1; j >= 0; j--) {
if(i == grid.length - 1 && j != grid[0].length - 1)
grid[i][j] = grid[i][j] + grid[i][j + 1];
else if(j == grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
grid[i][j] = grid[i][j] + grid[i + 1][j];
else if(j != grid[0].length - 1 && i != grid.length - 1)
grid[i][j] = grid[i][j] + Math.min(grid[i + 1][j],grid[i][j + 1]);
}
}
return grid[0][0];
}