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LeetCode-Python-3154. 到达第 K 级台阶的方案数(DFS + 数学)

时间:2024-08-20 12:52:37浏览次数:16  
标签:第一种 台阶 Python Alice DFS jump 3154 操作 执行

给你有一个 非负 整数 k 。有一个无限长度的台阶,最低 一层编号为 0 。

Alice 有一个整数 jump ,一开始值为 0 。Alice 从台阶 1 开始,可以使用 任意 次操作,目标是到达第 k 级台阶。假设 Alice 位于台阶 i ,一次 操作 中,Alice 可以:

  • 向下走一级到 i - 1 ,但该操作 不能 连续使用,如果在台阶第 0 级也不能使用。
  • 向上走到台阶 i + 2jump 处,然后 jump 变为 jump + 1 。

请你返回 Alice 到达台阶 k 处的总方案数。

注意,Alice 可能到达台阶 k 处后,通过一些操作重新回到台阶 k 处,这视为不同的方案。

示例 1:

输入:k = 0

输出:2

解释:

2 种到达台阶 0 的方案为:

  • Alice 从台阶 1 开始。
    • 执行第一种操作,从台阶 1 向下走到台阶 0 。
  • Alice 从台阶 1 开始。
    • 执行第一种操作,从台阶 1 向下走到台阶 0 。
    • 执行第二种操作,向上走 20 级台阶到台阶 1 。
    • 执行第一种操作,从台阶 1 向下走到台阶 0 。

示例 2:

输入:k = 1

输出:4

解释:

4 种到达台阶 1 的方案为:

  • Alice 从台阶 1 开始,已经到达台阶 1 。
  • Alice 从台阶 1 开始。
    • 执行第一种操作,从台阶 1 向下走到台阶 0 。
    • 执行第二种操作,向上走 20 级台阶到台阶 1 。
  • Alice 从台阶 1 开始。
    • 执行第二种操作,向上走 20 级台阶到台阶 2 。
    • 执行第一种操作,向下走 1 级台阶到台阶 1 。
  • Alice 从台阶 1 开始。
    • 执行第一种操作,从台阶 1 向下走到台阶 0 。
    • 执行第二种操作,向上走 20 级台阶到台阶 1 。
    • 执行第一种操作,向下走 1 级台阶到台阶 0 。
    • 执行第二种操作,向上走 21 级台阶到台阶 2 。
    • 执行第一种操作,向下走 1 级台阶到台阶 1 。

提示:

  • 0 <= k <= 109

第一种思路:

每走一步之后,新的子问题跟原问题相比,规模更小且类型相同,因此可以用 DFS 进行递归处理。

递归的结束条件是,当 i 比 k + 1大时,终止搜索。这是再往后必不可能到达 k。

剩下的就是按照提议翻译即可,注意用两个参数记录上一步有没有往下走, 以及跳了几次。

时间复杂度:O(log(k) * log(k))

空间复杂度:O(log(k) * log(k))

class Solution:
    def waysToReachStair(self, k: int) -> int:
        
        @cache
        def dfs(i, last_step_down, jump):
            res = 0
            if i > k + 1:
                return 0
            if i == k:
                res = 1
            if not last_step_down:
                res += dfs(i - 1, True, jump)
            res += dfs(i + 2 ** jump, False, jump + 1)
            return res
        return dfs(1, False, 0)

第二种思路:

其实这道题也还可以从数学的角度进行分析,但是难度较大,没有准备过基本不可能在面试中凭空想出来。

已知我们一开始从 1 出发,可以进行 i 次减 1 操作,以及 j 次 jump 操作,最后需要到达 k。

可得:1(起点) + (2^0 + 2^1 + .. + 2^(j - 1)) - i = k

即 2^j - i = k

题目另有一个要求,是说 i 不能连续使用,即 i 必须穿插在 j 之间。

如果我们有 j 次 jump,那么就会有 j + 1 个空挡可以插入 i。

所以对于每一组(i, j) 来说,它们会形成的答案就是 Combination(j + 1, i)。

class Solution:
    def waysToReachStair(self, k: int) -> int:
        # 1 + 2^0 + 2^1 + .. + 2^(j - 1) - i = k
        # i <= j + 1
        res = 0
        for j in range(30): # 2 ^ 30 > 10 ^ 9
            i = 2 ** j - k
            if 0 <= i <= j + 1:
                res += comb(j + 1, i)
        return res

时间复杂度:O(1)

空间复杂度:O(1)

标签:第一种,台阶,Python,Alice,DFS,jump,3154,操作,执行
From: https://blog.csdn.net/qq_32424059/article/details/141355469

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