递归和 dp 解决穷举问题时的关系

一些问题需要穷举时,有时候递归和 dp 是都能解决的,典型的例如力扣 p120,三角形的最小路径和。那么这两者解决问题的思路上面有什么区别和联系呢。

共同点:
1)两者解决问题时,要抓住“状态”和“选择”两个核心。明确了“状态”和“选择”,就容易解题了。
2)带备忘录优化的递归,和 dp 是等价的。递归是归纳法,自顶向下;dp 是演绎法,自底向上(当然dp 也可以自顶向下)。

不同点:
1)递归是穷举所有选择,根据选择更新状态;dp 是穷举所有状态,根据状态做选择。

dp 解题方法论:1)明确状态;2)穷举所有状态;3)根据选择更新状态,完成状态转移框架(即递归公式)。

以 p121股票买卖问题为例,状态有三个,第一个是天数,第二个是允许交易的最大次数,第三个是当前的持有状态。

dp[i][k][0 or 1]
0 <= i <= n-1,n 为天数
1 <= k <= K,K 为最多交易数

此问题共 n × K × 2 种状态,全部穷举就能搞定,伪代码如下,

for 0 <= i < n:
    for 1 <= k <= K:
        for s in {0, 1}:
            dp[i][k][s] = max(buy, sell, rest)

dp 求解时要记住如何解释状态,状态要能翻译成自然语言来理解。例如,dp[3][2][1] 的含义就是:今天是第三天,我现在手上持有着股票,至今最多进行 2 次交易。比如 dp[2][3][0] 的含义:今天是第二天,我现在手上没有持有股票,至今最多进行 3 次交易。想求的最终答案是 dp[n - 1][K][0],即最后一天,最多允许 K 次交易,最多获得多少利润。

完成了「状态」的穷举,接下来需要思考每种「状态」有哪些「选择」,应该如何更新「状态」。这个过程,就是推导 dp 递推公式的过程。最后别忘了 badcase。这些步骤都完成后,就得到了最终的递推公式了。

dp[i][k][0] = max(dp[i-1][k][0], dp[i-1][k][1] + prices[i])
              max(   选择 rest  ,             选择 sell      )
解释:今天我没有持有股票,有两种可能:
要么是我昨天就没有持有,然后今天选择 rest,所以我今天还是没有持有;
要么是我昨天持有股票,但是今天我 sell 了,所以我今天没有持有股票了。

dp[i][k][1] = max(dp[i-1][k][1], dp[i-1][k-1][0] - prices[i])
              max(   选择 rest  ,           选择 buy         )
解释:今天我持有着股票,有两种可能:
要么我昨天就持有着股票,然后今天选择 rest,所以我今天还持有着股票;
要么我昨天本没有持有,但今天我选择 buy,所以今天我就持有股票了。

// 以下是 badcase
dp[-1][k][0] = 0
解释:因为 i 是从 0 开始的,所以 i = -1 意味着还没有开始,这时候的利润当然是 0 。
dp[-1][k][1] = -infinity
解释:还没开始的时候,是不可能持有股票的,用负无穷表示这种不可能。
dp[i][0][0] = 0
解释:因为 k 是从 1 开始的,所以 k = 0 意味着根本不允许交易,这时候利润当然是 0 。
dp[i][0][1] = -infinity
解释:不允许交易的情况下,是不可能持有股票的,用负无穷表示这种不可能。
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