424，剑指 Offer-剪绳子

Smile and maybe tomorrow you'll see sun come shinning through. 

微笑吧，或许明天你就会看到太阳照耀着你。

问题描述

给你一根长度为 n 的绳子，请把绳子剪成整数长度的 m 段（m、n都是整数，n>1并且m>1），每段绳子的长度记为 k[0],k[1]...k[m-1] 。

 

请问 k[0]*k[1]*...*k[m-1] 可能的最大乘积是多少？

 

例如，当绳子的长度是8时，我们把它剪成长度分别为2、3、3的三段，此时得到的最大乘积是18。

 

示例 1：

输入: 2

输出: 1

解释: 2 = 1 + 1, 1 × 1 = 1

示例 2:

输入: 10

输出: 36

解释: 10 = 3 + 3 + 4, 3 × 3 × 4 = 36

提示：

• 2 <= n <= 58

数学方式解决

在做这题之前我们先来看这样一个问题，一个整数先把他分成两部分，x+y=n（假设x>=y并且x-y<=1,也就是说x和y非常接近）那么乘积是x*y。然后我们再把这两部分的差放大(x+1)+(y-1)=n(假设x>=y)；他们的乘积是（x+1）*(y-1)=x*y-(x-y)-1，很明显是小于x*y的，所以我们得出结论，如果把整数n分为两部分，那么这两部分的值相差越小乘积越大。

 

同理还可以证明如果分成3部分，4部分……也是相差越小乘积会越大。

 

根据上面的证明，如果我们把长度为n的绳子分为x段，则每段只有在长度相等的时候乘积最大，那么每段的长度是n/x。所以他们的乘积是(n/x)^x。我们来对这个函数求导

通过对函数求导我们发现，当x=n/e的时候，也就是每段绳子的长度是n/x=n/(n/e)=e的时候乘积最大。我们知道e=2.718281828459。而题中我们的绳子剪的长度都是整数，所以不可能取e，我们只能取接近e的值，也就是3的时候乘积最大。

 

但也有例外，当n<=4的时候会有特殊情况，因为2*2>1*3。明白了这点代码就容易多了，如果n大于4，我们不停的把绳子减去3，来看下代码

 1public int cuttingRope(int n) {
 2    if (n == 2 || n == 3)
 3        return n - 1;
 4    int res = 1;
 5    while (n > 4) {
 6        //如果n大于4，我们不停的让他减去3
 7        n = n - 3;
 8        //计算每段的乘积
 9        res = res * 3;
10    }
11    return n * res;
12}

 

或者如果不想使用循环，我们还可以使用公式

 1public int cuttingRope(int n) {
 2    if (n == 2 || n == 3)
 3        return n - 1;
 4    else if (n % 3 == 0) {
 5        //如果n是3的倍数，绳子全部剪为3
 6        return (int) Math.pow(3, n / 3);
 7    } else if (n % 3 == 1) {
 8        //如果n对3求余等于1，我们剪出一个长度为4的，其他长度都是3
 9        return 4 * (int) Math.pow(3, (n - 4) / 3);
10    } else {
11        //如果n对3求余等于2，我们剪出一个长度为2的，其他长度都是3
12        return 2 * (int) Math.pow(3, n / 3);
13    }
14}

 

动态规划解决

定义一个数组dp，其中dp[i]表示的是长度为i的绳子能得到的最大乘积。我们先把长度为i的绳子拆成两部分，一部分是j，另一部分是i-j，那么会有下面4种情况

 

1，j和i-j都不能再拆了

• dp[i]=j*(i-j);

2，j能拆，i-j不能拆

• dp[i]=dp[j]*(i-j);

3，j不能拆，i-j能拆

• dp[i]=j*dp[i-j];

4，j和i-j都能拆

• dp[i]=dp[j]*dp[i-j];

 

我们取上面4种情况的最大值即可。我们把它整理一下，得到递推公式如下

dp[i] = max(dp[i], (max(j, dp[j])) * (max(i - j, dp[i - j])));

比如我们想计算长度为9的绳子，画个图来看一下

 

计算长度为9的绳子之前，我们必须要先计算长度为8的绳子。对于长度为9的绳子我们可以先分为两部分，每一部分都取最大值，然后相乘。

 

最后再来看下代码

 1public int cuttingRope(int n) {
 2    int[] dp = new int[n + 1];
 3    dp[1] = 1;
 4    for (int i = 2; i <= n; i++) {
 5        for (int j = 1; j < i; j++) {
 6            dp[i] = Math.max(dp[i], (Math.max(j, dp[j])) * (Math.max(i - j, dp[i - j])));
 7        }
 8    }
 9    return dp[n];
10}

 

总结

这题应该说更像是一道数学题，使用数学的方式很容易解决，动态规划的递推公式可能不太容易想到。

 

 

●422，剑指 Offer-使用DFS和BFS解机器人的运动范围

●419，剑指 Offer-旋转数组的最小数字

●418，剑指 Offer-斐波那契数列

●416，剑指 Offer-用两个栈实现队列

 

 

长按上图，识别图中二维码之后即可关注。

 

如果喜欢这篇文章就点个"赞"吧

标签：return,乘积,Offer,int,绳子,长度,424,dp
来源： https://blog.51cto.com/u_4774266/2902840