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1049.最后一块石头的重量II.md

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1049.最后一块石头的重量II

力扣题目链接

题目难度：中等

有一堆石头，每块石头的重量都是正整数。

每一回合，从中选出任意两块石头，然后将它们一起粉碎。假设石头的重量分别为 x 和 y，且 x <= y。那么粉碎的可能结果如下：

如果 x == y，那么两块石头都会被完全粉碎；

如果 x != y，那么重量为 x 的石头将会完全粉碎，而重量为 y 的石头新重量为 y-x。

最后，最多只会剩下一块石头。返回此石头最小的可能重量。如果没有石头剩下，就返回 0。

示例：

  • 输入：[2,7,4,1,8,1]
  • 输出：1

解释：

  • 组合 2 和 4，得到 2，所以数组转化为 [2,7,1,8,1]，
  • 组合 7 和 8，得到 1，所以数组转化为 [2,1,1,1]，
  • 组合 2 和 1，得到 1，所以数组转化为 [1,1,1]，
  • 组合 1 和 1，得到 0，所以数组转化为 [1]，这就是最优值。

提示：

  • 1 <= stones.length <= 30
  • 1 <= stones[i] <= 1000

算法公开课

《代码随想录》算法视频公开课：这个背包最多能装多少？LeetCode：1049.最后一块石头的重量II，相信结合视频再看本篇题解，更有助于大家对本题的理解。

思路

如果对背包问题不都熟悉先看这两篇：

本题其实就是尽量让石头分成重量相同的两堆，相撞之后剩下的石头最小，这样就化解成01背包问题了。

是不是感觉和昨天讲解的416. 分割等和子集非常像了。

本题物品的重量为stones[i]，物品的价值也为stones[i]。

对应着01背包里的物品重量weight[i]和 物品价值value[i]。

接下来进行动规五步曲：

  1. 确定dp数组以及下标的含义

dp[j]表示容量（这里说容量更形象，其实就是重量）为j的背包，最多可以背最大重量为dp[j]。

可以回忆一下01背包中，dp[j]的含义，容量为j的背包，最多可以装的价值为 dp[j]。

相对于 01背包，本题中，石头的重量是 stones[i]，石头的价值也是 stones[i] ，可以 “最多可以装的价值为 dp[j]” == “最多可以背的重量为dp[j]”

  1. 确定递推公式

01背包的递推公式为：dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

本题则是：dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);

一些同学可能看到这dp[j - stones[i]] + stones[i]中 又有- stones[i] 又有+stones[i]，看着有点晕乎。

大家可以再去看 dp[j]的含义。

  1. dp数组如何初始化

既然 dp[j]中的j表示容量，那么最大容量（重量）是多少呢，就是所有石头的重量和。

因为提示中给出1 <= stones.length <= 30，1 <= stones[i] <= 1000，所以最大重量就是30 * 1000 。

而我们要求的target其实只是最大重量的一半，所以dp数组开到15000大小就可以了。

当然也可以把石头遍历一遍，计算出石头总重量 然后除2，得到dp数组的大小。

我这里就直接用15000了。

接下来就是如何初始化dp[j]呢，因为重量都不会是负数，所以dp[j]都初始化为0就可以了，这样在递归公式dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);中dp[j]才不会初始值所覆盖。

代码为：

vector<int> dp(15001, 0);
  1. 确定遍历顺序

在动态规划：关于01背包问题，你该了解这些！（滚动数组）中就已经说明：如果使用一维dp数组，物品遍历的for循环放在外层，遍历背包的for循环放在内层，且内层for循环倒序遍历！

代码如下：

for (int i = 0; i < stones.size(); i++) { // 遍历物品
    for (int j = target; j >= stones[i]; j--) { // 遍历背包
        dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
    }
}
  1. 举例推导dp数组

举例，输入：[2,4,1,1]，此时target = (2 + 4 + 1 + 1)/2 = 4 ，dp数组状态图如下：

1049.最后一块石头的重量II

最后dp[target]里是容量为target的背包所能背的最大重量。

那么分成两堆石头，一堆石头的总重量是dp[target]，另一堆就是sum - dp[target]。

在计算target的时候，target = sum / 2 因为是向下取整，所以sum - dp[target] 一定是大于等于dp[target]的。

那么相撞之后剩下的最小石头重量就是 (sum - dp[target]) - dp[target]。

以上分析完毕，C++代码如下：

class Solution {
public:
    int lastStoneWeightII(vector<int>& stones) {
        vector<int> dp(15001, 0);
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < stones.size(); i++) sum += stones[i];
        int target = sum / 2;
        for (int i = 0; i < stones.size(); i++) { // 遍历物品
            for (int j = target; j >= stones[i]; j--) { // 遍历背包
                dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
            }
        }
        return sum - dp[target] - dp[target];
    }
};
  • 时间复杂度：O(m × n) , m是石头总重量（准确的说是总重量的一半），n为石头块数
  • 空间复杂度：O(m)

总结

本题其实和416. 分割等和子集几乎是一样的，只是最后对dp[target]的处理方式不同。

416. 分割等和子集相当于是求背包是否正好装满，而本题是求背包最多能装多少。

其他语言版本

Java：

一维数组版本

class Solution {
    public int lastStoneWeightII(int[] stones) {
        int sum = 0;
        for (int i : stones) {
            sum += i;
        }
        int target = sum >> 1;
        //初始化dp数组
        int[] dp = new int[target + 1];
        for (int i = 0; i < stones.length; i++) {
            //采用倒序
            for (int j = target; j >= stones[i]; j--) {
                //两种情况，要么放，要么不放
                dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
            }
        }
        return sum - 2 * dp[target];
    }
}

二维数组版本（便于理解）

class Solution {
    public int lastStoneWeightII(int[] stones) {
        int sum = 0;
        for (int s : stones) {
            sum += s;
        }

        int target = sum / 2;
        //初始化，dp[i][j]为可以放0-i物品，背包容量为j的情况下背包中的最大价值
        int[][] dp = new int[stones.length][target + 1];
        //dp[i][0]默认初始化为0
        //dp[0][j]取决于stones[0]
        for (int j = stones[0]; j <= target; j++) {
            dp[0][j] = stones[0];
        }

        for (int i = 1; i < stones.length; i++) {
            for (int j = 1; j <= target; j++) {//注意是等于
                if (j >= stones[i]) {
                    //不放:dp[i - 1][j] 放:dp[i - 1][j - stones[i]] + stones[i]
                    dp[i][j] = Math.max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - stones[i]] + stones[i]);
                } else {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j];
                }
            }
        }

        System.out.println(dp[stones.length - 1][target]);
        return (sum - dp[stones.length - 1][target]) - dp[stones.length - 1][target];
    }
}

Python：

卡哥版

class Solution:
    def lastStoneWeightII(self, stones: List[int]) -> int:
        dp = [0] * 15001
        total_sum = sum(stones)
        target = total_sum // 2

        for stone in stones:  # 遍历物品
            for j in range(target, stone - 1, -1):  # 遍历背包
                dp[j] = max(dp[j], dp[j - stone] + stone)

        return total_sum - dp[target] - dp[target]

卡哥版（简化版）

class Solution:
    def lastStoneWeightII(self, stones):
        total_sum = sum(stones)
        target = total_sum // 2
        dp = [0] * (target + 1)
        for stone in stones:
            for j in range(target, stone - 1, -1):
                dp[j] = max(dp[j], dp[j - stone] + stone)
        return total_sum - 2* dp[-1]

二维DP版

class Solution:
    def lastStoneWeightII(self, stones: List[int]) -> int:
        total_sum = sum(stones)
        target = total_sum // 2
        
        # 创建二维dp数组，行数为石头的数量加1，列数为target加1
        # dp[i][j]表示前i个石头能否组成总重量为j
        dp = [[False] * (target + 1) for _ in range(len(stones) + 1)]
        
        # 初始化第一列，表示总重量为0时，前i个石头都能组成
        for i in range(len(stones) + 1):
            dp[i][0] = True
        
        for i in range(1, len(stones) + 1):
            for j in range(1, target + 1):
                # 如果当前石头重量大于当前目标重量j，则无法选择该石头
                if stones[i - 1] > j:
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j]
                else:
                    # 可选择该石头或不选择该石头
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j] or dp[i - 1][j - stones[i - 1]]
        
        # 找到最大的重量i，使得dp[len(stones)][i]为True
        # 返回总重量减去两倍的最接近总重量一半的重量
        for i in range(target, -1, -1):
            if dp[len(stones)][i]:
                return total_sum - 2 * i
        
        return 0

一维DP版

class Solution:
    def lastStoneWeightII(self, stones):
        total_sum = sum(stones)
        target = total_sum // 2
        dp = [False] * (target + 1)
        dp[0] = True

        for stone in stones:
            for j in range(target, stone - 1, -1):
                # 判断当前重量是否可以通过选择之前的石头得到或选择当前石头和之前的石头得到
                dp[j] = dp[j] or dp[j - stone]

        for i in range(target, -1, -1):
            if dp[i]:
                # 返回剩余石头的重量，即总重量减去两倍的最接近总重量一半的重量
                return total_sum - 2 * i

        return 0

Go：

func lastStoneWeightII(stones []int) int {
	// 15001 = 30 * 1000 /2 +1
	dp := make([]int, 15001)
	// 求target
	sum := 0
	for _, v := range stones {
		sum += v
	}
	target := sum / 2
	// 遍历顺序
	for i := 0; i < len(stones); i++ {
		for j := target; j >= stones[i]; j-- {
			// 推导公式
			dp[j] = max(dp[j], dp[j-stones[i]]+stones[i])
		}
	}
	return sum - 2 * dp[target]
}

func max(a, b int) int {
	if a > b {
		return a
	}
	return b
}

JavaScript:

/**
 * @param {number[]} stones
 * @return {number}
 */
var lastStoneWeightII = function (stones) {
    let sum = stones.reduce((s, n) => s + n);

    let dpLen = Math.floor(sum / 2);
    let dp = new Array(dpLen + 1).fill(0);

    for (let i = 0; i < stones.length; ++i) {
        for (let j = dpLen; j >= stones[i]; --j) {
            dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
        }
    }

    return sum - dp[dpLen] - dp[dpLen];
};

C:

#define MAX(a, b) (((a) > (b)) ? (a) : (b))

int getSum(int *stones, int stoneSize) {
    int sum = 0, i;
    for (i = 0; i < stoneSize; ++i)
        sum += stones[i];
    return sum;
}

int lastStoneWeightII(int* stones, int stonesSize){
    int sum = getSum(stones, stonesSize);
    int target = sum / 2;
    int i, j;

    // 初始化dp数组
    int *dp = (int*)malloc(sizeof(int) * (target + 1));
    memset(dp, 0, sizeof(int) * (target + 1));
    for (j = stones[0]; j <= target; ++j)
        dp[j] = stones[0];
    
    // 递推公式：dp[j] = max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i])
    for (i = 1; i < stonesSize; ++i) {
        for (j = target; j >= stones[i]; --j)
            dp[j] = MAX(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
    }
    return sum - dp[target] - dp[target];
}

TypeScript：

function lastStoneWeightII(stones: number[]): number {
    const sum: number = stones.reduce((a: number, b:number): number => a + b);
    const target: number = Math.floor(sum / 2);
    const n: number = stones.length;
    // dp[j]表示容量（总数和）为j的背包所能装下的数（下标[0, i]之间任意取）的总和（<= 容量）的最大值
    const dp: number[] = new Array(target + 1).fill(0);
    for (let i: number = 0; i < n; i++ ) {
        for (let j: number = target; j >= stones[i]; j--) {
            dp[j] = Math.max(dp[j], dp[j - stones[i]] + stones[i]);
        }
    }
    return sum - dp[target] - dp[target];
};

Scala:

滚动数组:

object Solution {
  def lastStoneWeightII(stones: Array[Int]): Int = {
    var sum = stones.sum
    var half = sum / 2
    var dp = new Array[Int](half + 1)

    // 遍历
    for (i <- 0 until stones.length; j <- half to stones(i) by -1) {
      dp(j) = math.max(dp(j), dp(j - stones(i)) + stones(i))
    }

    sum - 2 * dp(half)
  }
}

二维数组:

object Solution {
  def lastStoneWeightII(stones: Array[Int]): Int = {
    var sum = stones.sum
    var half = sum / 2
    var dp = Array.ofDim[Int](stones.length, half + 1)

    // 初始化
    for (j <- stones(0) to half) dp(0)(j) = stones(0)

    // 遍历
    for (i <- 1 until stones.length; j <- 1 to half) {
      if (j - stones(i) >= 0) dp(i)(j) = stones(i) + dp(i - 1)(j - stones(i))
      dp(i)(j) = math.max(dp(i)(j), dp(i - 1)(j))
    }
    
    sum - 2 * dp(stones.length - 1)(half)
  }
}

Rust:

impl Solution {
    pub fn last_stone_weight_ii(stones: Vec<i32>) -> i32 {
        let sum = stones.iter().sum::<i32>();
        let target = sum as usize / 2;
        let mut dp = vec![0; target + 1];
        for s in stones {
            for j in (s as usize..=target).rev() {
                dp[j] = dp[j].max(dp[j - s as usize] + s);
            }
        }
        sum - dp[target] * 2
    }
}