[python刷题模板] 数位DP
创始人
2024-02-20 15:36:49
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[python刷题模板] 数位DP

    • 一、 算法&数据结构
      • 1. 描述
      • 2. 复杂度分析
      • 3. 常见应用
      • 4. 常用优化
    • 二、 模板代码
      • 1. 357. 统计各位数字都不同的数字个数
      • 2. 1012. 至少有 1 位重复的数字
      • 3. 同时限制上下界的数位DP。
      • 4. 233. 数字 1 的个数
      • 5. 合法数字本身受限 600. 不含连续1的非负整数
      • 6. 可用的数位数字受限 902. 最大为 N 的数字组合
    • 三、其他
    • 四、更多例题
    • 五、参考链接

一、 算法&数据结构

1. 描述

数位DP我一直很头疼,直到用了灵神的记忆化模板。
  • 用记忆化搜索的话,复杂度比数组形式dp高一些,但是胜在思路清晰,套路固定。

  • 由于复杂度取决于状态数,在int下,位数最多就是10,所以重头应该在mask,一般都能过。

    def f(i,mask,is_limit,is_num):

    • i代表当前枚举到第几位
    • mask可能需要也可能不需要,代表题目特有的限制条件。
    • is_limit代表当前位能填的数是否受到了前一位的限制,这里通常是高位限制;但有的题也可能有低位限制。比如lc1742,下边有写。
    • is_num代表前边是否填了数字,有的题目不需要这个参数,但通常可以写上。当i==n时,填了位代表是一组合法条件,返回1,;否则返回0。

2. 复杂度分析

  1. 取决于状态数。

3. 常见应用

  1. 计算方案数。
  2. 累计数字满足的属性数目,比如所有范围内数字中1的数目累计。

4. 常用优化

  1. 如果是高低位都限制的题目,可以把小的数字位数向高位补齐。

二、 模板代码

1. 357. 统计各位数字都不同的数字个数

例题: 357. 统计各位数字都不同的数字个数

  • 这题有数字次数限制和高位限制。
  • 其中mask是一个10位的状压,代表0~9的数字是否已使用。枚举当前位数字j累加ans时只扫描未使用的位。
  • 由于高位不允许填0,因此要特殊处理前边位没填(即is_num=False),且本位也不填的情况。
class Solution:def countNumbersWithUniqueDigits(self, n: int) -> int:if n == 0:return 1s = str(10**n-1)n = len(s)@cachedef f(i,mask,is_limit,is_num):if i == n:return int(is_num)up = int(s[i]) if is_limit else 9down = 0 if is_num else 1ans = 0if not is_num:ans += f(i+1,0,False,False)for j in range(down,up+1):if mask & (1<

2. 1012. 至少有 1 位重复的数字

链接: 1012. 至少有 1 位重复的数字

由于至少有一位代表可以有多位,不好分析,于是直接转化成没有重复,变成上一道题。

class Solution:def numDupDigitsAtMostN(self, n: int) -> int:x = ns = str(n)n = len(s)@cachedef f(i,mask,is_limit,is_num):if i == n:return int(is_num)up = int(s[i]) if is_limit else 9down = 0 if is_num else 1ans = 0if not is_num:ans += f(i+1,0,False,False)for j in range(down,up+1):if mask & (1<

3. 同时限制上下界的数位DP。

链接: 1742. 盒子中小球的最大数量
参见: [LeetCode解题报告] 1742. 盒子中小球的最大数量](https://blog.csdn.net/liuliangcan/article/details/127994903)

  • 由于数据小,可以模拟过。这里写数位DP,可以支持更大的数据范围。
  • 题目实际上是求各种数位和对应的数字数量,取max。由于数位和就是1-46,因此这个值可以作为mask传进去。
  • 退出条件要注意,如果mask<0代表非法,即用了前边位,后边位的和要求是负数,直接返回0即可;同时如果到n,要判断和是否用完了,即mask==0。
class Solution:def countBalls(self, lowLimit: int, highLimit: int) -> int:s1 = str(highLimit)s2 = str(lowLimit)n = len(s1)if len(s2)< n:  # 前边补齐0s2 = '0'*(n-len(s2)) + s2@cachedef f(i,s,is_up_limit,is_down_limit,is_num):  # 枚举到第几位,从i往后的位和,上限是否受到前一位限制,下限是否受到前一位限制,前边是否填过数;返回这个s下的方案数if s < 0:return 0if i == n:return int(is_num and s == 0)up = int(s1[i]) if is_up_limit else 9 down = int(s2[i]) if not is_num or is_down_limit else 0  # 前一位没填,或者下限受限,down都=s2ans = 0for j in range(down,up+1):ans += f(i+1,s-j,j == up and is_up_limit,is_down_limit and j == down,is_num or j>0 )            return ans# for i in range(46):#     print(i,f(0,i,True,False))# print(f(0,6,True,True,False))return max(f(0,i,True,True,False) for i in range(46))

4. 233. 数字 1 的个数

链接: 233. 数字 1 的个数
链接: [面试题 17.06. 2出现的次数](面试题 17.06. 2出现的次数)

  • mask变成计数前缀1的数量,最后返回。
class Solution:def countDigitOne(self, x: int) -> int:s = str(x)n = len(s)@cachedef f(i,cnt1,is_limit,is_num):if i == n:return cnt1ans = 0# if not is_num:#     ans += f(i+1,cnt1,False,False)r = int(s[i]) if is_limit else 9# l = 0 if is_num else 1l = 0for j in range(l,r+1):                ans += f(i+1,cnt1+(j==1),is_limit and j == r,True)return ans return f(0,0,True,False)

5. 合法数字本身受限 600. 不含连续1的非负整数

链接: 600. 不含连续1的非负整数

  • 数字转化成2进制。
  • mask变成前一位是否是1,如果是1后一位不能填,否则后一位可以填。
  • 由于二进制只有01就不循环枚举j了,注意只有当前一位不是1且当前位上线是1才能填1.
class Solution:def countDigitOne(self, x: int) -> int:s = str(x)n = len(s)@cachedef f(i,cnt1,is_limit,is_num):if i == n:return cnt1ans = 0# if not is_num:#     ans += f(i+1,cnt1,False,False)r = int(s[i]) if is_limit else 9# l = 0 if is_num else 1l = 0for j in range(l,r+1):                ans += f(i+1,cnt1+(j==1),is_limit and j == r,True)return ans return f(0,0,True,False)

6. 可用的数位数字受限 902. 最大为 N 的数字组合

链接: 902. 最大为 N 的数字组合

  • 数字不是0-9了,而是给出了只能使用这些。
  • 类似。
class Solution:def atMostNGivenDigitSet(self, digits: List[str], x: int) -> int:s = str(x)n = len(s)@cachedef f(i,is_limit,is_num):if i == len(s):return int(is_num)ans = 0if not is_num:ans += f(i+1,False,False)up = s[i] if is_limit else '9'for j in digits:if j <= up:ans += f(i+1,is_limit and j == up,True)return ansreturn f(0,True,False)

三、其他

  1. 如果还是卡常数,有些区间问题可以转化为树状数组,常数小,代码短,不过真的很难理解,还是线段树好写。遇到就套板吧。

四、更多例题

  • [LeetCode解题报告] 2376. 统计特殊整数

五、参考链接

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