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三分钟看完两道套数学公式的算法题

2022-5-16 18:47| 发布者: Hocassian| 查看: 56| 评论: 0|原作者: 五分钟学算法微信公众号

摘要:

三分钟看完两道套数学公式的算法题

原创：程序员小吴五分钟学算法

杨辉三角应该是大家很早就接触到的一个数学知识，它有很多有趣的性质：

每个数字等于上一行的左右两个数字之和，即 C(n+1,i) = C(n,i) + C(n,i-1)
每行数字左右对称，由 1 开始逐渐变大
第 n 行的数字有 n 项
第 n 行的第 m 个数和第 n - m + 1 个数相等，为组合数性质之一
( a + b )ⁿ的展开式中的各项系数依次对应杨辉三角的第 ( n + 1 ) 行中的每一项
。。。

杨辉三角

题目来源于 LeetCode 上第 118 号问题：杨辉三角。题目难度为 Easy，目前通过率为 61.8% 。

题目描述

给定一个非负整数 numRows，生成杨辉三角的前 numRows 行。

在杨辉三角中，每个数是它左上方和右上方的数的和。

示例:

输入: 5
输出:
[
     [1],
    [1,1],
   [1,2,1],
  [1,3,3,1],
 [1,4,6,4,1]
]

题目解析

这道题目在各大高校的习题中经常出现。

对于本题而言，利用性质 1 ：每一行的首个和结尾一个数字都是 1，从第三行开始，中间的每个数字都是上一行的左右两个数字之和。

代码实现

class Solution {
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {

     List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
     if (numRows < 1) return result;

    for (int i = 0; i < numRows; ++i) {
      //扩容
      List<Integer> list = Arrays.asList(new Integer[i+1]);
      list.set(0, 1); list.set(i, 1);
      for (int j = 1; j < i; ++j) {
        //等于上一行的左右两个数字之和
        list.set(j, result.get(i-1).get(j-1) + result.get(i-1).get(j));
      }
      result.add(list);
     }
    return result;   

    }
}

杨辉三角II

题目来源于 LeetCode 上第 119 号问题：杨辉三角II。题目难度为 Easy，目前通过率为 55.5% 。

题目描述

给定一个非负索引 k，其中 k ≤ 33，返回杨辉三角的第 k 行。

在杨辉三角中，每个数是它左上方和右上方的数的和。

示例:

输入: 3
输出: [1,3,3,1]

进阶：

你可以优化你的算法到 O(k) 空间复杂度吗？

题目解析

这道题目的难点与思考点在于题目有额外限制条件，程序只能使用 O(k) 的额外空间，因此无法通过累加的方式将每一行都输出打印。

这里依旧使用杨辉三角的规律，很隐藏的规律：对于杨辉三角的同一行，第 ( i + 1) 项是第 i 项的( k - i ) /( i + 1 ) 倍。

比如：

第 k 索引行的第 0 项：1
第 k 索引行的第 1 项：1 * k
第 k 索引行的第 2 项：1 * k * ( k - 1) / 2
第 k 索引行的第 3 项：[1 * k * ( k - 1) / 2 ] * ( k - 2 ) / 3

代码实现

class Solution {
  public List<Integer> getRow(int rowIndex) {
        List<Integer> res = new ArrayList<>(rowIndex + 1);
        long index = 1;
        for (int i = 0; i <= rowIndex; i++) {
            res.add((int) index);
            index = index * ( rowIndex - i ) / ( i + 1 );
        }
        return res; 
  }
}