LeetCode 118:杨辉三角

    技术2022-07-11  76

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    LeetCode 118:杨辉三角题目描述解题迭代直接构造杨辉三角的特性数学法递归法

    LeetCode 118:杨辉三角

    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] ]

    解题

    迭代直接构造

        没什么特别的,逐行构造。

    class Solution { public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { //pT means Pascal's triangle vector<vector<int>> pT; for (int i=0; i<numRows; ++i){ vector<int> temp_vec; for (int j=0; j <= i; ++j){ if (j==i || j==0){ temp_vec.emplace_back(1); continue; } temp_vec.emplace_back(pT[i-1][j-1]+pT[i-1][j]); } pT.emplace_back(temp_vec); } return pT; } };

    杨辉三角的特性

    [       [1],      [1,1],     [1,2,1],    [1,3,3,1],   [1,4,6,4,1] ]

        可以左对齐:

    [ [1], [1,1], [1,2,1], [1,3,3,1], [1,4,6,4,1] ]

        从第二行开始的每一行的元素 a j a_{j} aj,都有:     1. a 0 = 1 a_{0}=1 a0=1,每一行第一个元素总是为1。     2. a j i : = a j − 1 i − 1 + a j i − 1 , r a w − 1 > i ≥ 1 a_{j}^{i}:=a_{j-1}^{i-1}+a_{j}^{i-1},raw-1> i\geq1 aji:=aj1i1+aji1,raw1>i1,注意这里是用上一时刻 a j a_{j} aj和当前时刻 a j − 1 a_{j-1} aj1求和后更新 a j a_{j} aj。比如i=3时,初始数组为{1,1},下一时刻, a 0 = 1 a_{0}=1 a0=1不变, a 1 : = a 0 + a 1 = 2 a_{1}:=a_{0}+a_{1}=2 a1:=a0+a1=2。     3. a r a w − 1 = 1 a_{raw-1}=1 araw1=1,新增行时尾部增加1。     所以可以避免vector的重复构造,只创建一个vector即可。从第二行开始,对每一行,除第一个元素不变之外,其他元素等于上一时刻该元素值与该元素左边元素上一时刻之和,同时在尾部增加1。     实现过程中略有不同, a j a_{j} aj更新后会影响 a j + 1 a_{j+1} aj+1的计算,因此应该从右向左更新 a j a_{j} aj。此外,需要先在原vector尾部增加0。     这个思路在直接返回杨辉三角中指定行元素(杨辉三角 II)同样适用。

    class Solution { public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { //pT means Pascal's triangle vector<vector<int>> pT; if (numRows==0) return pT; vector<int> raw_vec(1,1); pT.emplace_back(raw_vec); for (int i=1; i<numRows; ++i){ raw_vec.emplace_back(0); for (int j=i; j>=1; --j){ raw_vec[j]+=raw_vec[j-1]; } pT.emplace_back(raw_vec); } return pT; } };

    数学法

        杨辉三角每个元素实际上等于排列组合 C i j C_{i}^{j} Cij,i表示行,j表示列: C i j = i ! j ! ( i − j ) ! , i ≥ j ≥ 0 C_{i}^{j}= \frac {i!}{j!(i-j)!},i\ge j \ge0 Cij=j!(ij)!i!,ij0     而且: C i j + 1 = C i j ∗ ( i − j ) j + 1 C_{i}^{j+1}=C_{i}^{j}*\frac{(i-j)}{j+1} Cij+1=Cijj+1(ij)     也是可以递推的,这个思路也是我第一次做杨辉三角 II用的。

    class Solution { public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { //pT means Pascal's triangle vector<vector<int>> pT; for (int i=0; i<numRows; ++i){ vector<int> temp_vec(1,1); for (int j=1; j<=i; ++j){ temp_vec.emplace_back(temp_vec[j-1]*(i-(j-1))/j); } pT.emplace_back(temp_vec); } return pT; } };

    递归法

        本质和迭代构造相同,下面有两种写法,第一种看上去简洁,但是涉及到大量的拷贝构造,所以耗时不小;第二种方式新构造了一个迭代函数,且使用引用参数,避免了拷贝构造。

    class Solution { public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { if (numRows<=0) return vector<vector<int>> (); if (numRows==1){ return vector<vector<int>>(1, vector<int>(1,1)); } vector<vector<int>> out = generate(numRows-1); vector<int> cur_raw(numRows, 1); for (int i=1; i<numRows-1; ++i){ cur_raw[i] = out.back()[i] + out.back()[i-1]; } out.emplace_back(cur_raw); return out; } }; class Solution { private: void generate(int numRows, vector<vector<int>> &out){ if (numRows<=0) return; if (numRows==1){ out.emplace_back(vector<int>(1,1)); return; } generate(numRows-1, out); vector<int> cur_raw(numRows,1); for (int i=1; i < numRows-1; ++i){ cur_raw[i] = out.back()[i] + out.back()[i-1]; } out.emplace_back(cur_raw); } public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { vector<vector<int>> out; generate(numRows, out); return out; } };
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