LC 1449. 数位成本和为目标值的最大数字

题目描述

这是 LeetCode 上的 1449. 数位成本和为目标值的最大数字 ，难度为 困难。

给你一个整数数组 cost 和一个整数 target 。请你返回满足如下规则可以得到的 最大 整数：

给当前结果添加一个数位（i + 1）的成本为 cost[i] （cost 数组下标从 0 开始）。
总成本必须恰好等于 target 。
添加的数位中没有数字 0 。
由于答案可能会很大，请你以字符串形式返回。

如果按照上述要求无法得到任何整数，请你返回 “0” 。

示例 1：

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输入：cost = [4,3,2,5,6,7,2,5,5], target = 9
输出："7772"
解释：添加数位 '7' 的成本为 2 ，添加数位 '2' 的成本为 3 。所以 "7772" 的代价为 2*3+ 3*1 = 9 。 "977" 也是满足要求的数字，但 "7772" 是较大的数字。
 数字     成本
  1  ->   4
  2  ->   3
  3  ->   2
  4  ->   5
  5  ->   6
  6  ->   7
  7  ->   2
  8  ->   5
  9  ->   5

示例 2：
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输入：cost = [7,6,5,5,5,6,8,7,8], target = 12
输出："85"
解释：添加数位 '8' 的成本是 7 ，添加数位 '5' 的成本是 5 。"85" 的成本为 7 + 5 = 12 。

示例 3：
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3
输入：cost = [2,4,6,2,4,6,4,4,4], target = 5
输出："0"
解释：总成本是 target 的条件下，无法生成任何整数。

示例 4：
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输入：cost = [6,10,15,40,40,40,40,40,40], target = 47
输出："32211"

提示：

  • cost.length == 9
  • 1 <= cost[i] <= 5000
  • 1 <= target <= 5000

基本分析

根据题意：给定 $1$~$9$ 几个数字，每个数字都有选择成本，求给定费用情况下，凑成的最大数字是多少。

通常我们会如何比较两数大小关系？

首先我们 根据长度进行比较，长度较长数字较大；再者，对于长度相等的数值，从高度往低位进行比较，找到第一位不同，不同位值大的数值较大。

其中规则一的比较优先级要高于规则二。

基于此，我们可以将构造分两步进行。

动态规划 + 贪心

具体的，先考虑「数值长度」问题，每个数字有相应选择成本，所能提供的长度均为 $1$。

问题转换为：有若干物品，求给定费用的前提下，花光所有费用所能选择的最大价值（物品个数）为多少。

每个数字可以被选择多次，属于完全背包模型。

当求得最大「数值长度」后，考虑如何构造答案。

根据规则二，应该尽可能让高位的数值越大越好，因此我们可以从数值 $9$ 开始往数值 $1$ 遍历，如果状态能够由该数值转移而来，则选择该数值。

PS. 写了几天两维版本了，大家应该都掌握了叭，今天赶着出门，直接写一维。

代码：

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class Solution {
    public String largestNumber(int[] cost, int t) {
        int[] f = new int[t + 1];
        Arrays.fill(f, Integer.MIN_VALUE);
        f[0] = 0;
        for (int i = 1; i <= 9; i++) {
            int u = cost[i - 1];
            for (int j = u; j <= t; j++) {
                f[j] = Math.max(f[j], f[j - u] + 1);
            }
        }
        if (f[t] < 0) return "0";
        String ans = "";
        for (int i = 9, j = t; i >= 1; i--) {
            int u = cost[i - 1];
            while (j >= u && f[j] == f[j - u] + 1) {
                ans += String.valueOf(i);
                j -= u;
            }
        }
        return ans;
    }
}

  • 时间复杂度：$O(n * t)$
  • 空间复杂度：$O(t)$

思考 & 进阶

懂得分两步考虑的话，这道题还是挺简单。虽然是「DP」+「贪心」，但两部分都不难。

其实这道题改改条件/思路，也能衍生出几个版本：

  1. 【思考】如何彻底转化为「01 背包」或者「多重背包」来处理？

    完全背包经过一维优化后时间复杂度为 $O(N * C)$。是否可以在不超过此复杂度的前提下，通过预处理物品将问题转换为另外两种传统背包？

    • 对于「多重背包」答案是可以的。由于给定的最终费用 $t$，我们可以明确算出每个物品最多被选择的次数，可以在 $O(N)$ 的复杂度内预处理额外的 $s[]$ 数组。然后配合「单调队列优化」，做到 $O(N C)$ 复杂度，整体复杂度不会因此变得更差。
      但转换增加了「预处理」的计算量。为了让转换变成“更有意义”，我们可以在「预处理」时顺便做一个小优化：*对于相同成本的数字，只保留数值大的数字      。不难证明，当成本相同时，选择更大的数字不会让结果变差。

    • 对于「01 背包」答案是不可以。原因与「多重背包」单纯转换为「01 背包」不会降低复杂度一致。因此本题转换成「01 背包」会使得 $N$ 发生非常数级别的增大。

  2. 【进阶】不再是给定数值 $1$~$9$（取消 $cost$ 数组），转为给定 $nums$ 数组（代表所能选择的数字，不包含 $0$），和相应 $price$ 数组（长度与 $nums$ 一致，代表选择 $nums[i]$ 所消耗的成本为 $price[i]$）。现有做法是否会失效？

    此时 $nums$ 中不再是只有长度为 $1$ 的数值了。但我们「判断数值大小」的两条规则不变。因此「第一步」不需要做出调整，但在进行「第二步」开始前，我们要先对物品进行「自定义规则」的排序，确保「贪心」构造答案过程是正确的。规则与证明都不难请自行思考。

  3. 【进阶】在进阶 $1$ 的前提下，允许 $nums$ 出现 $0$，且确保答案有解（不会返回答案 $0$）,该如何求解？

    增加数值 $0$ 其实只会对最高位数字的决策产生影响。

    我们可以通过预处理转换为「分组 & 树形」背包问题：将 $nums$ 中的非 $0$ 作为一组「主件」（分组背包部分：必须选择一个主件），所有数值作为「附属件」（树形背包部分：能选择若干个，选择附属件必须同时选择主件）。

最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.1449 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面，除了讲解解题思路以外，还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

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