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难度:中等
给定一个由正整数组成且不存在重复数字的数组,找出和为给定目标正整数的组合的个数。
示例:
nums = [1, 2, 3] target = 4
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。
因此输出为 7。
对完全背包还不了解的同学,可以看这篇:动态规划:关于完全背包,你该了解这些!
本题题目描述说是求组合,但又说是可以元素相同顺序不同的组合算两个组合,其实就是求排列!
弄清什么是组合,什么是排列很重要。
组合不强调顺序,(1,5)和(5,1)是同一个组合。
排列强调顺序,(1,5)和(5,1)是两个不同的排列。
大家在公众号里学习回溯算法专题的时候,一定做过这两道题目回溯算法:39.组合总和和回溯算法:40.组合总和II会感觉这两题和本题很像!
但其本质是本题求的是排列总和,而且仅仅是求排列总和的个数,并不是把所有的排列都列出来。
如果本题要把排列都列出来的话,只能使用回溯算法爆搜。
动规五部曲分析如下:
- 确定dp数组以及下标的含义
dp[i]: 凑成目标正整数为i的排列个数为dp[i]
- 确定递推公式
dp[i](考虑nums[j])可以由 dp[i - nums[j]](不考虑nums[j]) 推导出来。
因为只要得到nums[j],排列个数dp[i - nums[j]],就是dp[i]的一部分。
在动态规划:494.目标和 和 动态规划:518.零钱兑换II中我们已经讲过了,求装满背包有几种方法,递推公式一般都是dp[i] += dp[i - nums[j]];
本题也一样。
- dp数组如何初始化
因为递推公式dp[i] += dp[i - nums[j]]的缘故,dp[0]要初始化为1,这样递归其他dp[i]的时候才会有数值基础。
至于dp[0] = 1 有没有意义呢?
其实没有意义,所以我也不去强行解释它的意义了,因为题目中也说了:给定目标值是正整数! 所以dp[0] = 1是没有意义的,仅仅是为了推导递推公式。
至于非0下标的dp[i]应该初始为多少呢?
初始化为0,这样才不会影响dp[i]累加所有的dp[i - nums[j]]。
- 确定遍历顺序
个数可以不限使用,说明这是一个完全背包。
得到的集合是排列,说明需要考虑元素之间的顺序。
本题要求的是排列,那么这个for循环嵌套的顺序可以有说法了。
在动态规划:518.零钱兑换II 中就已经讲过了。
如果求组合数就是外层for循环遍历物品,内层for遍历背包。
如果求排列数就是外层for遍历背包,内层for循环遍历物品。
如果把遍历nums(物品)放在外循环,遍历target的作为内循环的话,举一个例子:计算dp[4]的时候,结果集只有 {1,3} 这样的集合,不会有{3,1}这样的集合,因为nums遍历放在外层,3只能出现在1后面!
所以本题遍历顺序最终遍历顺序:target(背包)放在外循环,将nums(物品)放在内循环,内循环从前到后遍历。
- 举例来推导dp数组
我们再来用示例中的例子推导一下:
如果代码运行处的结果不是想要的结果,就把dp[i]都打出来,看看和我们推导的一不一样。
以上分析完毕,C++代码如下:
class Solution {
public:
int combinationSum4(vector<int>& nums, int target) {
vector<int> dp(target + 1, 0);
dp[0] = 1;
for (int i = 0; i <= target; i++) { // 遍历背包
for (int j = 0; j < nums.size(); j++) { // 遍历物品
if (i - nums[j] >= 0 && dp[i] < INT_MAX - dp[i - nums[j]]) {
dp[i] += dp[i - nums[j]];
}
}
}
return dp[target];
}
};
C++测试用例有两个数相加超过int的数据,所以需要在if里加上dp[i] < INT_MAX - dp[i - num]。
但java就不用考虑这个限制,java里的int也是四个字节吧,也有可能leetcode后台对不同语言的测试数据不一样。
求装满背包有几种方法,递归公式都是一样的,没有什么差别,但关键在于遍历顺序!
本题与动态规划:518.零钱兑换II就是一个鲜明的对比,一个是求排列,一个是求组合,遍历顺序完全不同。
如果对遍历顺序没有深度理解的话,做这种完全背包的题目会很懵逼,即使题目刷过了可能也不太清楚具体是怎么过的。
此时大家应该对动态规划中的遍历顺序又有更深的理解了。
Java:
class Solution {
public int combinationSum4(int[] nums, int target) {
int[] dp = new int[target + 1];
dp[0] = 1;
for (int i = 0; i <= target; i++) {
for (int j = 0; j < nums.length; j++) {
if (i >= nums[j]) {
dp[i] += dp[i - nums[j]];
}
}
}
return dp[target];
}
}
Python:
class Solution:
def combinationSum4(self, nums, target):
dp = [0] * (target + 1)
dp[0] = 1
for i in range(1, target+1):
for j in nums:
if i >= j:
dp[i] += dp[i - j]
return dp[-1]
Go:
func combinationSum4(nums []int, target int) int {
//定义dp数组
dp := make([]int, target+1)
// 初始化
dp[0] = 1
// 遍历顺序, 先遍历背包,再循环遍历物品
for j:=0;j<=target;j++ {
for i:=0 ;i < len(nums);i++ {
if j >= nums[i] {
dp[j] += dp[j-nums[i]]
}
}
}
return dp[target]
}
Javascript:
const combinationSum4 = (nums, target) => {
let dp = Array(target + 1).fill(0);
dp[0] = 1;
for(let i = 0; i <= target; i++) {
for(let j = 0; j < nums.length; j++) {
if (i >= nums[j]) {
dp[i] += dp[i - nums[j]];
}
}
}
return dp[target];
};
Rust
impl Solution {
pub fn combination_sum4(nums: Vec<i32>, target: i32) -> i32 {
let mut dp = vec![0; target as usize + 1];
dp[0] = 1;
for i in 1..=target as usize {
for &j in nums.iter() {
if i as i32 >= j {
dp[i] += dp[i- j as usize];
}
}
}
return dp[target as usize];
}
}