leetcod(005) - 鸡蛋掉落

2019/03/11

合并两个有序数组

一、题目描述

1、English版本

You are given K eggs, and you have access to a building with N floors from 1 to N

Each egg is identical in function, and if an egg breaks, you cannot drop it again.

You know that there exists a floor F with 0 <= F <= N such that any egg dropped at a floor higher than F will break, and any egg dropped at or below floor F will not break.

Each move, you may take an egg (if you have an unbroken one) and drop it from any floor X (with 1 <= X <= N). 

Your goal is to know with certainty what the value of F is.

What is the minimum number of moves that you need to know with certainty what F is, regardless of the initial value of F?

 

Example 1:

Input: K = 1, N = 2
Output: 2
Explanation: 
Drop the egg from floor 1.  If it breaks, we know with certainty that F = 0.
Otherwise, drop the egg from floor 2.  If it breaks, we know with certainty that F = 1.
If it didn't break, then we know with certainty F = 2.
Hence, we needed 2 moves in the worst case to know what F is with certainty.

Example 2:

Input: K = 2, N = 6
Output: 3

Example 3:

Input: K = 3, N = 14
Output: 4

 

Note:

  1. 1 <= K <= 100
  2. 1 <= N <= 10000

2、 中文版

你将获得 K 个鸡蛋,并可以使用一栋从 1 到 N  共有 N 层楼的建筑。

每个蛋的功能都是一样的,如果一个蛋碎了,你就不能再把它掉下去。

你知道存在楼层 F ,满足 0 <= F <= N 任何从高于 F 的楼层落下的鸡蛋都会碎,从 F 楼层或比它低的楼层落下的鸡蛋都不会破。

每次移动,你可以取一个鸡蛋(如果你有完整的鸡蛋)并把它从任一楼层 X 扔下(满足 1 <= X <= N)。

你的目标是确切地知道 F 的值是多少。

无论 F 的初始值如何,你确定 F 的值的最小移动次数是多少?

 

示例 1:

输入:K = 1, N = 2
输出:2
解释:
鸡蛋从 1 楼掉落。如果它碎了,我们肯定知道 F = 0 。
否则,鸡蛋从 2 楼掉落。如果它碎了,我们肯定知道 F = 1 。
如果它没碎,那么我们肯定知道 F = 2 。
因此,在最坏的情况下我们需要移动 2 次以确定 F 是多少。

示例 2:

输入:K = 2, N = 6
输出:3

示例 3:

输入:K = 3, N = 14
输出:4

 

提示:

  1. 1 <= K <= 100
  2. 1 <= N <= 10000

二、ruby方案

之前的做法陷入了思路误区,其实还是没有理解题意,蛋碎还是不碎的判断是怎么判断的?(cry、cry)

不过思考方向错误还是欠缺经验。

最小移动次数,很明显是最优解,应该向着动态规划思考;

而我是用了2分,这个并不是能保证最优解的方法;

三、python方案

同上

四、java方案

null

五、经典解法,算法思想

动态规划思路1


首先明确一点,动态规划是取的最优解,而本题取得是最坏情况下尝试的次数,所以应用到动态规划上取得应该是max,而非min。

记k是鸡蛋个数, n是楼层数;

1、简单情形

鸡蛋数 k = 0 或者 楼层数 n = 0, 那么最坏的情况就是尝试0次;
若鸡蛋数 k = 1, 对于n层楼来说最坏情况是尝试n次, 因为可能在n层时鸡蛋才碎;

2、状态转换公式

记f(k, n) 表示k个鸡蛋n层楼所需要的最坏尝试次数;

假设鸡蛋从第i层扔下,有两种情况:

(1) 蛋碎, 鸡蛋剩余k-1个,而此时需要考虑i层以下的楼层(0...i),因为i以上肯定会碎。 故问题变成了 f(k-1, i-1)
(2) 不碎, 鸡蛋剩余k个, 此时需要考虑i层以上的楼层(i+1..n), 故问题变成了 f(k, n - i), (这里都是楼层数,而不是楼高,剩余需排查的楼层数就是n - i)

对于以上两种情况,最坏应该取最大值, 故得到一下状态转移公式:

f(k, n) = 1 + min{ max( f(k-1, i-1), f(k, n-i) ) } (1 <= i <= n)

初始状态 
f(0, n) = 0
f(k, 0) = 0
f(1, n) = n

如下递归模式会超出时间限制需要使用记忆数组
# 超出时间限制
# @param {Integer} k
# @param {Integer} n
# @return {Integer}
def super_egg_drop(k, n)
  if k == 0 || n == 0
    return 0
  end

  if k == 1
    return n
  end

  min = -1
  i = 1
  while i <= n do
    breaken = super_egg_drop(k-1, i-1)
    unbreak = super_egg_drop(k, n-i)
    min_time = (breaken > unbreak ? breaken : unbreak) + 1
    if min > min_time || min < 0
      min = min_time
    end
    i += 1
  end

  min
end


# 非递归测试内部错误
# @param {Integer} k
# @param {Integer} n
# @return {Integer}
def super_egg_drop(k, n)
  if k == 0 || n == 0
    return 0
  end

  if k == 1
    return n
  end

  drop_eggs = Array.new(k+1, Array.new(n+1, 0))
  (1..n).to_a.each do |index|
    drop_eggs[1][index] = index
  end

  (1..n).to_a.each do |floor|
    (2..k).to_a.each do |egg|
      min = drop_eggs[egg-1][floor]
      (1..floor).to_a.each do |i|
        breaken = drop_eggs[egg-1][i-1]
        unbreak = drop_eggs[egg][floor-i]
        cur_min = (breaken > unbreak ? breaken : unbreak) + 1
        if cur_min < min
          min = cur_min
        end
      end

      drop_eggs[egg][floor] = min
    end
  end

  drop_eggs[k][n]
end

动态规划思路2

1、状态转移方程

记 f(k, step) k是鸡蛋个数, step表示尝试的次数, f(k, step) 表示k个鸡蛋,尝试step次最多能确认多少层楼。 显然step <= n n为楼层数

(1) 初始状态
鸡蛋个数为0的时候  f(0, step) = 0
尝试次数为1是判断最高楼层最多是1层 f(j, 1) = 1 j >= 1

(2) 转移方程
f(i, j) 分两种情况:
  (1) 鸡蛋碎掉,尝试次数减一,鸡蛋减一,我们可以通过i - 1个鸡蛋和 j - 1次尝试找到最高不会碎掉的楼层。故最高楼层为 f(i-1, j-1)
  (2) 鸡蛋不碎,尝试次数减一,          可以继续向上检查楼层,所以最高楼层数应该是 f(i-1, j-1) + f(i, j-1) + 1;  蛋碎检测的最高楼层数 + 1(当前楼层) + f(i, j-1)

因此,这次扔鸡蛋,我们最多能测出 dp[k-1][m-1] (摔碎时能确定的层数) + dp[k][m-1] (没摔碎时能确定的层数) + 1 (本层) 层的结果。

故 f(i, j) = n;  知道最小的j满足楼层为n, j即为所求。
状态转移方程: f(i,j) = f(i−1,j−1) + f(i−1,j) + 1


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