组合总和 Ⅳ

标签: 数组 动态规划

难度: Medium

给你一个由 不同 整数组成的数组 nums ,和一个目标整数 target 。请你从 nums 中找出并返回总和为 target 的元素组合的个数。

题目数据保证答案符合 32 位整数范围。

 

示例 1:

输入:nums = [1,2,3], target = 4
输出:7
解释:
所有可能的组合为:
(1, 1, 1, 1)
(1, 1, 2)
(1, 2, 1)
(1, 3)
(2, 1, 1)
(2, 2)
(3, 1)
请注意,顺序不同的序列被视作不同的组合。

示例 2:

输入:nums = [9], target = 3
输出:0

 

提示:

  • 1 <= nums.length <= 200
  • 1 <= nums[i] <= 1000
  • nums 中的所有元素 互不相同
  • 1 <= target <= 1000

 

进阶:如果给定的数组中含有负数会发生什么?问题会产生何种变化?如果允许负数出现,需要向题目中添加哪些限制条件?

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class Solution:
    def combinationSum4(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        dp = [0]*(target+1)
        dp[0]=1
        for i in range(1,target+1):
            for num in nums:
                if i>=num:
                    dp[i] += dp[i-num]
        return dp[-1]

Explain

这个题解使用动态规划的思路来解决问题。我们定义 dp[i] 表示组合成目标数 i 的组合数。对于每个目标数 i,我们枚举数组中的每个数 num,如果 i >= num,则将 dp[i] 的值增加 dp[i-num],因为如果我们能组合成 i-num,那么加上 num 就能组合成 i。最终答案即为 dp[target] 的值。

时间复杂度: O(target * n)

空间复杂度: O(target)

class Solution:
    def combinationSum4(self, nums: List[int], target: int) -> int:
        # 初始化 dp 数组,dp[i] 表示组合成目标数 i 的组合数
        dp = [0]*(target+1)
        # 组合成目标数 0 的组合数为 1,即空集
        dp[0]=1
        # 遍历目标数 i 从 1 到 target
        for i in range(1,target+1):
            # 遍历数组 nums 中的每个数
            for num in nums:
                # 如果 i >= num,则将 dp[i] 的值增加 dp[i-num]
                if i>=num:
                    dp[i] += dp[i-num]
        # 最终答案即为 dp[target] 的值
        return dp[-1]

Explore

初始化dp[0]为1是因为组合成目标数0的唯一方式是不使用任何数字,即使用一个空集。这种情况在数学和编程中通常被认为是唯一的方法(只有一个空集可以构成0)。这也是一个边界条件,为动态规划提供基础,使得当我们在计算dp[i]时,可以正确计算包括空集在内的所有组合。

这个问题的解法依赖于从小到大计算dp值的顺序,因为每个dp[i]的值依赖于之前的dp值(具体为dp[i-num],其中num是数组中的数)。如果我们从1到target的顺序计算,可以保证在计算dp[i]时,所有需要的dp[i-num]都已经被计算过且存储好了。如果反向从target到1计算,我们将无法保证在计算dp[i]时dp[i-num]已经准备好,因此无法正确使用先前的计算结果。

在这个特定的动态规划问题中,nums数组的遍历顺序实际上不影响最终计算的结果,只是会影响到dp数组的更新顺序。由于每次更新dp[i]都是基于dp[i-num]的值,不论nums的遍历顺序如何,所有的dp[i]都会被正确计算。然而,对于其他问题(例如最小硬币找零),排序可能对优化有所帮助。在当前问题中,排序nums不会带来计算效率的提升。

如果nums中包含重复元素,当前的动态规划方法仍然适用,因为动态规划的状态转移方程考虑的是通过加上一个nums中的元素达到新的目标数,而不是元素本身的唯一性。重复元素在遍历过程中多次增加相同的值不会影响最终的结果,因为我们关心的是组合的数量而非具体组合。因此,无需调整算法即可处理重复元素。