解题思路:
设跳上 $n$ 级台阶有 $f(n)$ 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 $2$ 级台阶。
- 当为 $1$ 级台阶: 剩 $n-1$ 个台阶,此情况共有 $f(n-1)$ 种跳法。
- 当为 $2$ 级台阶: 剩 $n-2$ 个台阶,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 求斐波那契数列的第 $n$ 项,区别仅在于初始值不同:
- 青蛙跳台阶问题: $f(0)=1$ , $f(1)=1$ , $f(2)=2$ 。
- 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。
状态压缩:
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) 。由于省去了 $dp$ 列表空间,因此空间复杂度降至 $O(1)$ 。
代码:
Python
class Solution:
def climbStairs(self, n: int) -> int:
a, b = 1, 1
for _ in range(n - 1):
a, b = b, a + b
return b
Java
class Solution {
public int climbStairs(int n) {
int a = 1, b = 1, sum;
for(int i = 0; i < n - 1; i++){
sum = a + b;
a = b;
b = sum;
}
return b;
}
}
C++
class Solution {
public:
int climbStairs(int n) {
int a = 1, b = 1, sum;
for(int i = 0; i < n - 1; i++){
sum = a + b;
a = b;
b = sum;
}
return b;
}
};
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。