解题思路:
设跳上 $n$ 级平台有 $f(n)$ 种跳法。在所有跳法中,青蛙的最后一步只有两种情况: 跳上 $1$ 级或 $2$ 级平台。
- 当为 $1$ 级平台: 剩 $n-1$ 个平台,此情况共有 $f(n-1)$ 种跳法;
- 当为 $2$ 级平台: 剩 $n-2$ 个平台,此情况共有 $f(n-2)$ 种跳法。
即 $f(n)$ 为以上两种情况之和,即 $f(n)=f(n-1)+f(n-2)$ ,以上递推性质为斐波那契数列。因此,本题可转化为 求斐波那契数列第 $n$ 项的值 ,唯一的不同在于起始数字不同。
- 跳跃训练问题: $f(0)=1$ , $f(1)=1$ , $f(2)=2$ ;
- 斐波那契数列问题: $f(0)=0$ , $f(1)=1$ , $f(2)=1$ 。
动态规划解析:
- 状态定义: 设 $dp$ 为一维数组,其中 $dp[i]$ 的值代表斐波那契数列的第 $i$ 个数字。
- 转移方程: $dp[i + 1] = dp[i] + dp[i - 1]$ ,即对应数列定义 $f(n + 1) = f(n) + f(n - 1)$ ;
- 初始状态: $dp[0] = 1$, $dp[1] = 1$ ,即初始化前两个数字;
- 返回值: $dp[n]$ ,即斐波那契数列的第 $n$ 个数字。
空间优化:
若新建长度为 $n$ 的 $dp$ 列表,则空间复杂度为 $O(N)$ 。
- 由于 $dp$ 列表第 $i$ 项只与第 $i-1$ 和第 $i-2$ 项有关,因此只需要初始化三个整形变量
sum
,a
,b
,利用辅助变量 $sum$ 使 $a, b$ 两数字交替前进即可 (具体实现见代码) 。 - 因为节省了 $dp$ 列表空间,因此空间复杂度降至 $O(1)$ 。
循环求余法:
大数越界: 随着 $n$ 增大, $f(n)$ 会超过
Int32
甚至Int64
的取值范围,导致最终的返回值错误。
- 求余运算规则: 设正整数 $x, y, p$ ,求余符号为 $\odot$ ,则有 $(x + y) \odot p = (x \odot p + y \odot p) \odot p$ 。
- 解析: 根据以上规则,可推出 $f(n) \odot p = [f(n-1) \odot p + f(n-2) \odot p] \odot p$ ,从而可以在循环过程中每次计算 $sum = a + b \odot 1000000007$ ,此操作与最终返回前取余等价。
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代码:
Python
class Solution:
def trainWays(self, num: int) -> int:
a, b = 1, 1
for _ in range(num):
a, b = b, (a + b) % 1000000007
return a
Java
class Solution {
public int trainWays(int num) {
int a = 1, b = 1, sum;
for(int i = 0; i < num; i++){
sum = (a + b) % 1000000007;
a = b;
b = sum;
}
return a;
}
}
C++
class Solution {
public:
int trainWays(int num) {
int a = 1, b = 1, sum;
for(int i = 0; i < num; i++){
sum = (a + b) % 1000000007;
a = b;
b = sum;
}
return a;
}
};
由于 Python 中整形数字的大小限制取决计算机的内存(可理解为无限大),因此也可不考虑大数越界问题;但当数字很大时,加法运算的效率也会降低,因此不推荐此方法。
Python
# 不考虑大数越界问题
class Solution:
def trainWays(self, num: int) -> int:
a, b = 1, 1
for _ in range(num):
a, b = b, a + b
return a % 1000000007
复杂度分析:
- 时间复杂度 $O(n)$ : 计算 $f(n)$ 需循环 $n$ 次,每轮循环内计算操作使用 $O(1)$ 。
- 空间复杂度 $O(1)$ : 几个标志变量使用常数大小的额外空间。