计算青蛙到达河流另一侧所需的最小跳数
我处理下面提供的Codility问题
斐波那契数列是使用以下递归公式定义的：
F(0) = 0
F(1) = 1
F(M) = F(M - 1) + F(M - 2) if M >= 2
一只小青蛙想去河的另一边。青蛙最初位于河的两岸（位置-1），并想到达另一河岸（位置N）。青蛙可以跳过任何距离F（K），其中F（K）是第K个斐波那契数。幸运的是，河上有很多树叶，青蛙可以在树叶之间跳跃，但只能在N位置的河岸方向上跳跃。
河上的叶子由N个整数组成的数组A表示。数组A的连续元素表示从0到N-1的连续位置。数组A仅包含0和/或1：
0表示没有叶子的位置； 1表示包含叶的位置。 目标是计算青蛙可以到达河另一侧的最小跳数（从位置-1到位置N）。青蛙可以在位置-1和N（河岸）和每个包含叶子的位置之间跳跃。
例如，考虑数组A：
A[0] = 0
A[1] = 0
A[2] = 0
A[3] = 1
A[4] = 1
A[5] = 0
A[6] = 1
A[7] = 0
A[8] = 0
A[9] = 0
A[10] = 0
青蛙可以跳三跳，跳的长度为F（5）= 5，F（3）= 2和F（5）= 5。
编写函数：
class Solution { public int solution(int[] A); }
，给定一个包含N个整数的数组A，它返回最小跳数，青蛙可以通过最小跳数到达河的另一侧。如果青蛙无法到达河的另一侧，则该函数应返回-1。
例如，给定：
A[0] = 0
A[1] = 0
A[2] = 0
A[3] = 1
A[4] = 1
A[5] = 0
A[6] = 1
A[7] = 0
A[8] = 0
A[9] = 0
A[10] = 0
该函数应返回3，如上所述。
假设：
N是[0..100,000]范围内的整数；
数组A的每个元素都是一个整数，可以具有以下值之一：0、1。
复杂度：
预期的最坏情况下的时间复杂度为O(N*log(N))；
预期的最坏情况下的空间复杂度为O(N)（不计算输入参数所需的存储空间）。
我写了以下解决方案，
class Solution {
private class Jump {
int position;
int number;
public int getPosition() {
return position;
}
public int getNumber() {
return number;
}
public Jump(int pos, int number) {
this.position = pos;
this.number = number;
}
}
public int solution(int[] A) {
int N = A.length;
List<Integer> fibs = getFibonacciNumbers(N + 1);
Stack<Jump> jumps = new Stack<>();
jumps.push(new Jump(-1, 0));
boolean[] visited = new boolean[N];
while (!jumps.isEmpty()) {
Jump jump = jumps.pop();
int position = jump.getPosition();
int number = jump.getNumber();
for (int fib : fibs) {
if (position + fib > N) {
break;
} else if (position + fib == N) {
return number + 1;
} else if (!visited[position + fib] && A[position + fib] == 1) {
visited[position + fib] = true;
jumps.add(new Jump(position + fib, number + 1));
}
}
}
return -1;
}
private List<Integer> getFibonacciNumbers(int N) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 2; i++) {
list.add(i);
}
int i = 2;
while (list.get(list.size() - 1) <= N) {
list.add(i, (list.get(i - 1) + list.get(i - 2)));
i++;
}
for (i = 0; i < 2; i++) {
list.remove(i);
}
return list;
}
public static void main(String[] args) {
int[] A = new int[11];
A[0] = 0;
A[1] = 0;
A[2] = 0;
A[3] = 1;
A[4] = 1;
A[5] = 0;
A[6] = 1;
A[7] = 0;
A[8] = 0;
A[9] = 0;
A[10] = 0;
System.out.println(solution(A));
}
}
但是，尽管看起来正确性不错，但性能还不够高。代码中是否有错误？如何提高性能？
10 个答案:
答案 0 :(得分：1)
您可以应用knapsack算法来解决此问题。 在我的解决方案中，我预先计算了斐波那契数。并应用背包算法进行求解。它包含重复的代码，没有太多时间进行重构。具有相同代码的在线ide位于repl
import java.util.*;
class Main {
public static int solution(int[] A) {
int N = A.length;
int inf=1000000;
int[] fibs={1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, 17711, 28657, 46368, 75025};
int[] moves = new int[N+1];
for(int i=0; i<=N; i++){
moves[i]=inf;
}
for(int i=0; i<fibs.length; i++){
if(fibs[i]-1<N && A[fibs[i]-1]==1){
moves[ fibs[i]-1 ] = 1;
}
if(fibs[i]-1==N){
moves[N] = 1;
}
}
for(int i=0; i<N; i++){
if(A[i]==1)
for(int j=0; j<fibs.length; j++){
if(i-fibs[j]>=0 && moves[i-fibs[j]]!=inf && moves[i]>moves[i-fibs[j]]+1){
moves[i]=moves[i-fibs[j]]+1;
}
}
System.out.println(i + " => " + moves[i]);
}
for(int i=N; i<=N; i++){
for(int j=0; j<fibs.length; j++){
if(i-fibs[j]>=0 && moves[i-fibs[j]]!=inf && moves[i]>moves[i-fibs[j]]+1){
moves[i]=moves[i-fibs[j]]+1;
}
}
System.out.println(i + " => " + moves[i]);
}
if(moves[N]==inf) return -1;
return moves[N];
}
public static void main(String[] args) {
int[] A = new int[4];
A[0] = 0;
A[1] = 0;
A[2] = 0;
A[3] = 0;
System.out.println(solution(A));
}
}
答案 1 :(得分：1)
在C中得到100％-的溶液。
typedef struct state {
int pos;
int step;
}state;
int solution(int A[], int N) {
int f1 = 0;
int f2 = 1;
int count = 2;
while(1)
{
int f3 = f2 + f1;
if(f3 > N)
break;
f1 = f2;
f2 = f3;
++count;
}
int fib[count+1];
fib[0] = 0;
fib[1] = 1;
int i = 2;
while(1)
{
fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2];
if(fib[i] > N)
break;
++i;
}
for(int j = 0, k = count; j < count/2; j++,k--)
{
int t = fib[j];
fib[j] = fib[k];
fib[k] = t;
}
state q[N];
int front = 0 ;
int rear = 0;
q[0].pos = -1;
q[0].step = 0;
int que_s = 1;
while(que_s > 0)
{
state s = q[front];
front++;
que_s--;
for(int i = 0; i <= count; i++)
{
int nextpo = s.pos + fib[i];
if(nextpo == N)
{
return s.step+1;
}
else if(nextpo > N || nextpo < 0 || A[nextpo] == 0){
continue;
}
else
{
q[++rear].pos = nextpo;
q[rear].step = s.step + 1;
que_s++;
A[nextpo] = 0;
}
}
}
return -1;
}
答案 2 :(得分：1)
通过简单的BFS获得100％的收益：
public class Jump {
int pos;
int move;
public Jump(int pos, int move) {
this.pos = pos;
this.move = move;
}
}
public int solution(int[] A) {
int n = A.length;
List < Integer > fibs = fibArray(n + 1);
Queue < Jump > positions = new LinkedList < Jump > ();
boolean[] visited = new boolean[n + 1];
if (A.length <= 2)
return 1;
for (int i = 0; i < fibs.size(); i++) {
int initPos = fibs.get(i) - 1;
if (A[initPos] == 0 || visited[initPos])
continue;
positions.add(new Jump(initPos, 1));
visited[initPos] = true;
}
while (!positions.isEmpty()) {
Jump jump = positions.remove();
for (int j = fibs.size() - 1; j >= 0; j--) {
int nextPos = jump.pos + fibs.get(j);
if (nextPos == n)
return jump.move + 1;
else if (nextPos < n && A[nextPos] == 1 && !visited[nextPos]) {
positions.add(new Jump(nextPos, jump.move + 1));
visited[nextPos] = true;
}
}
}
return -1;
}
private List < Integer > fibArray(int n) {
List < Integer > fibs = new ArrayList < > ();
fibs.add(1);
fibs.add(2);
while (fibs.get(fibs.size() - 1) + fibs.get(fibs.size() - 2) <= n) {
fibs.add(fibs.get(fibs.size() - 1) + fibs.get(fibs.size() - 2));
}
return fibs;
}
答案 3 :(得分：1)
Javascript 100%
function solution(A) {
function fibonacciUntilNumber(n) {
const fib = [0,1];
while (true) {
let newFib = fib[fib.length - 1] + fib[fib.length - 2];
if (newFib > n) {
break;
}
fib.push(newFib);
}
return fib.slice(2);
}
A.push(1);
const fibSet = fibonacciUntilNumber(A.length);
if (fibSet.includes(A.length)) return 1;
const reachable = Array.from({length: A.length}, () => -1);
fibSet.forEach(jump => {
if (A[jump - 1] === 1) {
reachable[jump - 1] = 1;
}
})
for (let index = 0; index < A.length; index++) {
if (A[index] === 0 || reachable[index] > 0) {
continue;
}
let minValue = 100005;
for (let jump of fibSet) {
let previousIndex = index - jump;
if (previousIndex < 0) {
break;
}
if (reachable[previousIndex] > 0 && minValue > reachable[previousIndex]) {
minValue = reachable[previousIndex];
}
}
if (minValue !== 100005) {
reachable[index] = minValue + 1;
}
}
return reachable[A.length - 1];
}
答案 4 :(得分：0)
Ruby 100％解决方案
def solution(a)
f = 2.step.inject([1,2]) {|acc,e| acc[e] = acc[e-1] + acc[e-2]; break(acc) if acc[e] > a.size + 1;acc }.reverse
mins = []
(a.size + 1).times do |i|
next mins[i] = -1 if i < a.size && a[i] == 0
mins[i] = f.inject(nil) do |min, j|
k = i - j
next min if k < -1
break 1 if k == -1
next min if mins[k] < 0
[mins[k] + 1, min || Float::INFINITY].min
end || -1
end
mins[a.size]
end
答案 5 :(得分：0)
我已经将先前的C解决方案翻译为Java，并发现性能得到了改善。
import java.util.*;
class Solution {
private static class State {
int pos;
int step;
public State(int pos, int step) {
this.pos = pos;
this.step = step;
}
}
public static int solution(int A[]) {
int N = A.length;
int f1 = 0;
int f2 = 1;
int count = 2;
while (true) {
int f3 = f2 + f1;
if (f3 > N) {
break;
}
f1 = f2;
f2 = f3;
++count;
}
int[] fib = new int[count + 1];
fib[0] = 0;
fib[1] = 1;
int i = 2;
while (true) {
fib[i] = fib[i - 1] + fib[i - 2];
if (fib[i] > N) {
break;
}
++i;
}
for (int j = 0, k = count; j < count / 2; j++, k--) {
int t = fib[j];
fib[j] = fib[k];
fib[k] = t;
}
State[] q = new State[N];
for (int j = 0; j < N; j++) {
q[j] = new State(-1,0);
}
int front = 0;
int rear = 0;
// q[0].pos = -1;
// q[0].step = 0;
int que_s = 1;
while (que_s > 0) {
State s = q[front];
front++;
que_s--;
for (i = 0; i <= count; i++) {
int nextpo = s.pos + fib[i];
if (nextpo == N) {
return s.step + 1;
}
//
else if (nextpo > N || nextpo < 0 || A[nextpo] == 0) {
continue;
}
//
else {
q[++rear].pos = nextpo;
q[rear].step = s.step + 1;
que_s++;
A[nextpo] = 0;
}
}
}
return -1;
}
}
答案 6 :(得分：0)
具有100％的JavaScript。 受here的启发。
function solution(A) {
const createFibs = n => {
const fibs = Array(n + 2).fill(null)
fibs[1] = 1
for (let i = 2; i < n + 1; i++) {
fibs[i] = fibs[i - 1] + fibs[i - 2]
}
return fibs
}
const createJumps = (A, fibs) => {
const jumps = Array(A.length + 1).fill(null)
let prev = null
for (i = 2; i < fibs.length; i++) {
const j = -1 + fibs[i]
if (j > A.length) break
if (j === A.length || A[j] === 1) {
jumps[j] = 1
if (prev === null) prev = j
}
}
if (prev === null) {
jumps[A.length] = -1
return jumps
}
while (prev < A.length) {
for (let i = 2; i < fibs.length; i++) {
const j = prev + fibs[i]
if (j > A.length) break
if (j === A.length || A[j] === 1) {
const x = jumps[prev] + 1
const y = jumps[j]
jumps[j] = y === null ? x : Math.min(y, x)
}
}
prev++
while (prev < A.length) {
if (jumps[prev] !== null) break
prev++
}
}
if (jumps[A.length] === null) jumps[A.length] = -1
return jumps
}
const fibs = createFibs(26)
const jumps = createJumps(A, fibs)
return jumps[A.length]
}
const A = [0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0]
console.log(A)
const s = solution(A)
console.log(s)
答案 7 :(得分：0)
您应该使用队列而不是堆栈。这是广度优先搜索的一种形式，您的代码需要访问首先添加到队列中的节点以获得最小距离。 堆栈使用后进先出机制删除项目，而队列使用先进先出机制。 我复制并粘贴了您的确切代码，但使用队列而不是堆栈，并且获得了100％的可编码性。
答案 8 :(得分：0)
Python 100％的答案。
对我来说，最简单的解决方案是将所有叶片定位在-1的一次跳变内。然后，将这些叶子中的每一个都视为index [0]，并从那里找到所有跳转。 每个世代或跳转都记录在一组中，直到一个世代包含len（A）或找不到更多跳转为止。
def gen_fib(n):
fn = [0,1]
i = 2
s = 2
while s < n:
s = fn[i-2] + fn[i-1]
fn.append(s)
i+=1
return fn
def new_paths(A, n, last_pos, fn):
"""
Given an array A of len n.
From index last_pos which numbers in fn jump to a leaf?
returns list: set of indexes with leaves.
"""
paths = []
for f in fn:
new_pos = last_pos + f
if new_pos == n or (new_pos < n and A[new_pos]):
paths.append(new_pos)
return path
def solution(A):
n = len(A)
if n < 3:
return 1
# A.append(1) # mark final jump
fn = sorted(gen_fib(100000)[2:]) # Fib numbers with 0, 1, 1, 2.. clipped to just 1, 2..
# print(fn)
paths = set([-1]) # locate all the leaves that are one fib jump from the start position.
jump = 1
while True:
# Considering each of the previous jump positions - How many leaves from there are one fib jump away
paths = set([idx for pos in paths for idx in new_paths(A, n, pos, fn)])
# no new jumps means game over!
if not paths:
break
# If there was a result in the new jumps record that
if n in paths:
return jump
jump += 1
return -1
https://app.codility.com/demo/results/training4GQV8Y-9ES/
https://github.com/niall-oc/things/blob/master/codility/fib_frog.py
答案 9 :(得分：0)
my github中的更多答案
灵感来自here
解决方案1：自下而上，使用动态编程算法（将计算值存储在数组中）
vector<int> getFibonacciArrayMax(int MaxNum) {
if (MaxNum == 0)
return vector<int>(1, 0);
vector<int> fib(2, 0);
fib[1] = 1;
for (int i = 2; fib[fib.size()-1] + fib[fib.size() - 2] <= MaxNum; i++)
fib.push_back(fib[i - 1] + fib[i - 2]);
return fib;
}
int solution(vector<int>& A) {
int N = A.size();
A.push_back(1);
N++;
vector<int> f = getFibonacciArrayMax(N);
const int oo = 1'000'000;
vector<int> moves(N, oo);
for (auto i : f)
if (i - 1 >= 0 && A[i-1])
moves[i-1] = 1;
for (int pos = 0; pos < N; pos++) {
if (A[pos] == 0)
continue;
for (int i = f.size()-1; i >= 0; i--) {
if (pos + f[i] < N && A[pos + f[i]]) {
moves[pos + f[i]] = min(moves[pos]+1, moves[pos + f[i]]);
}
}
}
if (moves[N - 1] != oo) {
return moves[N - 1];
}
return -1;
}
解决方案2：使用set容器自上而下：
#include <set>
int solution2(vector<int>& A) {
int N = A.size();
vector<int> fib = getFibonacciArrayMax(N);
set<int> positions;
positions.insert(N);
for (int jumps = 1; ; jumps++)
{
set<int> new_positions;
for (int pos : positions)
{
for (int f : fib)
{
// return jumps if we reach to the start point
if (pos - (f - 1) == 0)
return jumps;
int prev_pos = pos - f;
// we do not need to calculate bigger jumps.
if (prev_pos < 0)
break;
if (prev_pos < A.size() && A[prev_pos])
new_positions.insert(prev_pos);
}
}
if (new_positions.size() == 0)
return -1;
positions = new_positions;
}
return -1;
}
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