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leetcode——[070]Climbing Stairs爬楼梯

题目

假设你正在爬楼梯。需要 n 步你才能到达楼顶。

每次你可以爬 1 或 2 个台阶。你有多少种不同的方法可以爬到楼顶呢?

注意:给定 n 是一个正整数。

示例 1:

1
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输入: 2
输出: 2
解释: 有两种方法可以爬到楼顶。
1. 1 步 + 1 步
2. 2 步

示例 2:

1
2
3
4
5
6
输入: 3
输出: 3
解释: 有三种方法可以爬到楼顶。
1. 1 步 + 1 步 + 1 步
2. 1 步 + 2 步
3. 2 步 + 1 步

You are climbing a stair case. It takes n steps to reach to the top.

Each time you can either climb 1 or 2 steps. In how many distinct ways can you climb to the top?

Note: Given n will be a positive integer.

Example 1:

1
2
3
4
5
Input: 2
Output: 2
Explanation: There are two ways to climb to the top.
1. 1 step + 1 step
2. 2 steps

Example 2:

1
2
3
4
5
6
Input: 3
Output: 3
Explanation: There are three ways to climb to the top.
1. 1 step + 1 step + 1 step
2. 1 step + 2 steps
3. 2 steps + 1 step

解题方法

总台阶数为n,记爬到楼顶的方法数为f(n)。逆向思维,从后往前看,当最后一次爬了一个台阶,则前n-1个台阶有f(n-1)种方法爬完;当最后一次爬了两个台阶,则前n-2个台阶有f(n-2)种方法爬完。则有f(n)=f(n-1)+f(n-2),其中f(1)=f(2)=1,那么这道题便是一道标准的Fibonacci问题。可以有递归和迭代两种方法。

递归

直接上代码,这段代码时间复杂度为O(1.68^n),空间复杂度为O(n),效率低且耗内存,但其代码十分简洁。因为它的效率非常低,就不在leetcode上跑了,肯定会超时。

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public class Solution {
// Method_01
public int climbStairs(int n) {
return fibonacci(n);
}

public static int fibonacci(int n) {
if (n == 1) {
return 1;
} else if ( n == 2) {
return 2;
} else {
return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}
}
}

迭代

递归与迭代实际上都是一种分治策略,将复杂的问题分解为简单的问题,区别在于迭代利用了动态规划,将已经计算过的简单的问题的结果进行了保存,减少了不必要的重复计算。这段代码时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1),跑了3ms,超过了77.94%的java提交。

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class Solution {
// Method_02
public int climbStairs(int n) {
int f0 = 1;
int f1 = 1;
for (int i = 1; i < n; i++) {
int f = f1;
f1 += f0;
f0 = f;
}
return f1;
}
}

矩阵

计算斐波纳契数,分析算法复杂度看到了一种利用矩阵的快速方法,我们可以将Fibonacci转化为求矩阵的幂:

图源:GoCalf Blog

一直递推,可以得到:

图源:GoCalf Blog

便将问题转化为了求矩阵的n-1次幂了,再利用分治策略,问题的时间复杂度便为O(logn):

图源:GoCalf Blog

可以利用python的numpy包来进行矩阵的快速运算。

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海内存知己,天涯若比邻。