力扣题解最佳实践  >  动态规划  >  416. 分割等和子集  >  已用 Python, C#, C++, Java, JavaScript, Go, Ruby 语言实现  >  贡献代码转发

力扣链接:416. 分割等和子集,难度:中等

给你一个 只包含正整数非空 数组 nums 。请你判断是否可以将这个数组分割成两个子集,使得两个子集的元素和相等。

示例 1:

输入: nums = [1,5,11,5]

输出: true

解释: 数组可以分割成 [1, 5, 5] 和 [11] 。

示例 2:

输入: nums = [1,2,3,5]

输出: false

解释: 数组不能分割成两个元素和相等的子集。

约束:

  • 1 <= nums.length <= 200
  • 1 <= nums[i] <= 100

思路

  • 第一次看到这道题,我们可能想循环遍历数组的所有子集,如果有一个子集的和等于和的一半,就返回true。这可以用回溯算法来实现,但是看到nums.length <= 200这个约束,我们估计程序会超时。
  • 这其实是一个0/1背包问题,属于动态规划动态规划是指当前问题的答案可以从上一个类似的问题中推导出来。因此,dp数组用于记录所有答案。
  • 0/1背包问题的核心逻辑是使用二维dp数组或者一维dp滚动数组,先遍历物品,再遍历背包大小逆序或者使用dp.clone),然后引用当前'物品'大小对应的前一个值
  • 使用二维dp数组需要记住的东西很多,面试的时候很难一下子就写对,这里就不描述了。

“动态规划”的模式

“动态规划”分为五步

  1. 确定数组dp的每个值代表的含义。
  2. 初始化数组dp的值。
  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。
  5. 写出程序,并打印dp数组,不合预期就调整。

细说这五步

  1. 确定数组dp的每个值代表的含义。
    • 先确定dp是一维数组还是二维数组。“一维滚动数组”意味着每次迭代时都会覆盖数组的值。大多时候,用“一维滚动数组”代替“二维数组”可以简化代码;但有些题目,比如要操作“两个对等数组”,为了理解方便,还是使用“二维数组”。
    • 尝试使用问题所求的返回值的含义作为 dp[i](一维)或dp[i][j](二维)的含义,约60%的概率能行。如果不行,再尝试其他含义。
    • 设计上尽量考虑保存更丰富的信息,重复信息只在某个dp[i]中保存一次就够了。
    • 使用简化的含义。如果用布尔值可以解决问题,就不要用数值
  2. 初始化数组dp的值。dp的值涉及两个层面:
    1. dp的长度。通常是:条件数组长度加1条件数组长度
    2. dp[i]dp[i][j]的值。dp[0]dp[0][0]有时需要特殊处理。
  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。
    • “递推公式”是“动态规划”算法的核心。但“递推公式”是隐晦的,想得到它,就需要制表,用数据启发自己。
    • 如果原示例不够好,需要自己重新设计一个。
    • 根据示例,填入dp网格数据,需要“按顺序”填,这是很重要的,因为它决定了代码的遍历顺序。
    • 大多时候,从左到右,从上到下。但有时需要从右向左、由下而上、从中间向右(或左),如“回文串”问题。有时,还需要一行遍历两次,先正向,再反向。
    • 当顺序决定对了,起点就决定好了,从起点出发,“按顺序”填写dp网格数据,这也是在模拟程序处理的过程。
    • 在此过程中,您将获得写出“递推公式”的灵感。如果您已经能推导出公式,不需要填完网格。
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。
    • 有三个特别的位置需要注意: dp[i - 1][j - 1]dp[i - 1][j]dp[i][j - 1],当前的 dp[i][j]往往取决于它们。
    • 操作“两个对等数组”时,因为对称性,我们可能需要同时使用dp[i - 1][j]dp[i][j - 1]
  5. 写出程序,并打印dp数组,不合预期就调整。
    • 重点分析那些不合预期的数值。

读完了上面的内容,是不是感觉“动态规划”也没有那么难了?试着解出这道题吧。🤗

“0/1背包问题”的模式

因为“0/1背包问题”属于“动态规划”,所以我会用“动态规划”的模式讲解。

  1. 确定数组dp的每个值代表的含义。
    • 首选一维滚动数组,代码简洁。
    • 确定什么是“物品”,什么是“背包”。
    • 如果dp[j]是一个布尔值,则dp[j]表示是否可以前i物品得到j
    • 如果dp[j]是一个数值,则dp[j]表示是利用前i物品dp[j]能达到的所求问题的极限值。
  2. 初始化数组dp的值。
    • 确定“背包”的大小。需要让背包大小再加1,即插入dp[0]做为起始点,方便理解和引用。
    • dp[0]有时需要特殊处理。
  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。
    • 先在外层循环中,遍历物品
    • 后在内层循环中,遍历背包大小
      • 在遍历背包大小时,由于dp[j]取决于dp[j]dp[j - weights[i]],因此我们应该从右到左遍历dp数组。
      • 请思考是否可以从从左到右遍历dp数组?
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。

    • 如果dp[j]是一个布尔值:
    dp[j] = dp[j] || dp[j - weights[i]]
    
    • 如果dp[j]是一个数值:
    dp[j] = min_or_max(dp[j], dp[j - weights[i]] + values[i])
    
  5. 写出程序,并打印dp数组,不合预期就调整。

步骤

'0/1背包问题' 中的常用步骤

这五个步骤是解决动态规划问题的模式。

  1. 确定dp[j]含义
    • 我们可以使用一维dp滚动数组。滚动数组意味着每次迭代时都会覆盖数组的值。
    • 首先,尝试使用问题的return值作为dp[j]的值来确定dp[j]的含义。如果不行,请尝试另一种方法。
    • 所以,dp[j]表示是否可以suminums得到j
    • dp[j]是一个布尔值。
  2. 确定 dp 数组的初始值

    • 举个例子:

      nums = [1,5,11,5],所以 '和的一半' 是 11。
      背包的 `size` 是 '和的一半',`items` 是 `nums`。
      所以初始化后,'dp' 数组将是:
      # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
      # T F F F F F F F F F F F F F # dp
      # 1
      # 5
      # 11
      # 5
      
    • 可以看到 dp 数组大小比背包大小大一。这样,背包大小和索引值就相等了,有助于理解。

    • dp[0] 设置为 true,表示不放任何物品即可得到空背包,另外,它作为起始值,后面的 dp[j] 将依赖它。如果为 false,则 dp[j] 的所有值都将为 false

    • dp[j] = false (j != 0),表示没有 nums 就不可能得到 j

  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。

    • 尝试完成网格。在此过程中,你会得到推导公式的灵感。

      1. 使用第一个数字 '1'。
      # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
      # T F F F F F F F F F F F F
      # 1 T T F F F F F F F F F F # dp
      
      2. 使用第二个数字 '5'。
      # 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
      # T F F F F F F F F F F F
      # 1 T T F F F F F F F F F F
      # 5 T T F F F T T F F F F F
      
      3. 使用第三个数字 '11'。
      # 0  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
      # T  F F F F F F F F F F F F
      # 1  T T F F F F F F F F F F
      # 5  T T F F F T T F F F F F
      # 11 T T F F F T T F F F F F T
      
      3. 使用最后一个数字“5”。
      # 0  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
      # T  F F F F F F F F F F F F
      # 1  T T F F F F F F F F F
      # 5  T T F F F T T F F F F
      # 11 T T F F F T T F F F F F T
      # 5  T T F F F T T F F F F T T # dp
      
    • 确定 dp 数组的遍历顺序

      • 首先,在外层循环中,遍历物品
      • 然后,在内层循环中,遍历背包大小
        • 在遍历背包大小时,由于 dp[j] 取决于 dp[j]dp[j - nums[i]],因此我们应该从右到左遍历 dp 数组。
        • 请思考是否可以从 从左到右 遍历 dp 数组?在 Python 解决方案的代码注释中,我将回答这个问题。
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。

    dp[j] = dp[j] || dp[j - nums[i]]
    
  5. 检查 dp 数组的值

    • 打印 dp 以查看它是否符合预期。

复杂度

时间复杂度

O(n * sum/2)

空间复杂度

O(sum/2)

Python #

class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        sum_ = sum(nums)

        if sum_ % 2 == 1:
            return False

        dp = [False] * ((sum_ // 2) + 1)
        dp[0] = True

        for num in nums:
            # If not traversing in reverse order, the newly assigned value `dp[j]` will act as `dp[j - num]` later,
            # then the subsequent `dp[j]` will be affected. But each `num` can only be used once!
            j = len(dp) - 1
            while j >= num:
                dp[j] = dp[j] or dp[j - num]
                j -= 1

        return dp[-1]

C# #

public class Solution
{
    public bool CanPartition(int[] nums)
    {
        int sum = nums.Sum();

        if (sum % 2 == 1)
            return false;

        var dp = new bool[sum / 2 + 1];
        dp[0] = true;

        foreach (var num in nums)
        {
            for (var j = dp.GetUpperBound(0); j >= num; j--)
            {
                dp[j] = dp[j] || dp[j - num];
            }
        }

        return dp.Last();
    }
}

C++ #

class Solution {
public:
    bool canPartition(vector<int>& nums) {
        auto sum = reduce(nums.begin(), nums.end());

        if (sum % 2 == 1) {
            return false;
        }

        auto dp = vector<bool>(sum / 2 + 1);
        dp[0] = true;

        for (auto num : nums) {
            for (auto j = dp.size() - 1; j >= num; j--) {
                dp[j] = dp[j] || dp[j - num];
            }
        }

        return dp.back();
    }
};

Java #

class Solution {
    public boolean canPartition(int[] nums) {
        var sum = IntStream.of(nums).sum();

        if (sum % 2 == 1) {
            return false;
        }

        var dp = new boolean[sum / 2 + 1];
        dp[0] = true;

        for (var num : nums) {
            for (var j = dp.length - 1; j >= num; j--) {
                dp[j] = dp[j] || dp[j - num];
            }
        }

        return dp[dp.length - 1];
    }
}

JavaScript #

var canPartition = function (nums) {
  const sum = _.sum(nums)

  if (sum % 2 == 1) {
    return false
  }

  const dp = Array(sum / 2 + 1).fill(false)
  dp[0] = true

  for (const num of nums) {
    for (let j = dp.length - 1; j >= num; j--) {
      dp[j] = dp[j] || dp[j - num]
    }
  }

  return dp.at(-1)
};

Go #

func canPartition(nums []int) bool {
    sum := 0
    for _, num := range nums {
        sum += num
    }

    if sum % 2 == 1 {
        return false
    }

    dp := make([]bool, sum / 2 + 1)
    dp[0] = true

    for _, num := range nums {
        for j := len(dp) - 1; j >= num; j-- {
            dp[j] = dp[j] || dp[j - num]
        }
    }

    return dp[len(dp) - 1]
}

Ruby #

def can_partition(nums)
  sum = nums.sum

  return false if sum % 2 == 1

  dp = Array.new(sum / 2 + 1, false)
  dp[0] = true

  nums.each do |num|
    (num...dp.size).reverse_each do |j|
      dp[j] = dp[j] || dp[j - num]
    end
  end

  dp[-1]
end

其它语言

欢迎贡献代码到我们的 GitHub 仓库,非常感谢!本题解位置在 416. 分割等和子集

题解2的思路:从左到右遍历 dp(推荐)

方案 1中,遍历顺序是 从右到左,这真的很重要。

面试的时候,你需要记住它。有什么办法可以不用担心遍历顺序?

点击查看答案

只要把原dp复制一份,并引用复制品的值,就不用担心原dp值被修改了。

“动态规划”的模式

“动态规划”分为五步

  1. 确定数组dp的每个值代表的含义。
  2. 初始化数组dp的值。
  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。
  5. 写出程序,并打印dp数组,不合预期就调整。

细说这五步

  1. 确定数组dp的每个值代表的含义。
    • 先确定dp是一维数组还是二维数组。“一维滚动数组”意味着每次迭代时都会覆盖数组的值。大多时候,用“一维滚动数组”代替“二维数组”可以简化代码;但有些题目,比如要操作“两个对等数组”,为了理解方便,还是使用“二维数组”。
    • 尝试使用问题所求的返回值的含义作为 dp[i](一维)或dp[i][j](二维)的含义,约60%的概率能行。如果不行,再尝试其他含义。
    • 设计上尽量考虑保存更丰富的信息,重复信息只在某个dp[i]中保存一次就够了。
    • 使用简化的含义。如果用布尔值可以解决问题,就不要用数值
  2. 初始化数组dp的值。dp的值涉及两个层面:
    1. dp的长度。通常是:条件数组长度加1条件数组长度
    2. dp[i]dp[i][j]的值。dp[0]dp[0][0]有时需要特殊处理。
  3. 根据一个示例,“按顺序”填入dp网格数据。
    • “递推公式”是“动态规划”算法的核心。但“递推公式”是隐晦的,想得到它,就需要制表,用数据启发自己。
    • 如果原示例不够好,需要自己重新设计一个。
    • 根据示例,填入dp网格数据,需要“按顺序”填,这是很重要的,因为它决定了代码的遍历顺序。
    • 大多时候,从左到右,从上到下。但有时需要从右向左、由下而上、从中间向右(或左),如“回文串”问题。有时,还需要一行遍历两次,先正向,再反向。
    • 当顺序决定对了,起点就决定好了,从起点出发,“按顺序”填写dp网格数据,这也是在模拟程序处理的过程。
    • 在此过程中,您将获得写出“递推公式”的灵感。如果您已经能推导出公式,不需要填完网格。
  4. 根据dp网格数据,推导出“递推公式”。
    • 有三个特别的位置需要注意: dp[i - 1][j - 1]dp[i - 1][j]dp[i][j - 1],当前的 dp[i][j]往往取决于它们。
    • 操作“两个对等数组”时,因为对称性,我们可能需要同时使用dp[i - 1][j]dp[i][j - 1]
  5. 写出程序,并打印dp数组,不合预期就调整。
    • 重点分析那些不合预期的数值。

读完了上面的内容,是不是感觉“动态规划”也没有那么难了?试着解出这道题吧。🤗

复杂度

时间复杂度

O(n * sum/2)

空间复杂度

O(n * sum/2)

Python #

class Solution:
    def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:
        sum_ = sum(nums)

        if sum_ % 2 == 1:
            return False

        dp = [False] * ((sum_ // 2) + 1)
        dp[0] = True

        for num in nums:
            # Make a copy of the 'dp' that has not been modified to eliminate distractions.
            dc = dp.copy()

            for j in range(num, len(dp)): # any order is fine
                dp[j] = dc[j] or dc[j - num] # Use 'dc' instead of 'dp' because 'dp' will be modified.

        return dp[-1]

C# #

public class Solution
{
    public bool CanPartition(int[] nums)
    {
        int sum = nums.Sum();

        if (sum % 2 == 1)
            return false;

        var dp = new bool[sum / 2 + 1];
        dp[0] = true;

        foreach (var num in nums)
        {
            var dc = (bool[])dp.Clone();

            for (var j = num; j < dp.Length; j++)
            {
                dp[j] = dc[j] || dc[j - num];
            }
        }

        return dp.Last();
    }
}

C++ #

class Solution {
public:
    bool canPartition(vector<int>& nums) {
        auto sum = reduce(nums.begin(), nums.end());

        if (sum % 2 == 1) {
            return false;
        }

        auto dp = vector<bool>(sum / 2 + 1);
        dp[0] = true;

        for (auto num : nums) {
            auto dc = dp;

            for (auto j = num; j < dp.size(); j++) {
                dp[j] = dc[j] || dc[j - num];
            }
        }

        return dp.back();
    }
};

Java #

class Solution {
    public boolean canPartition(int[] nums) {
        var sum = IntStream.of(nums).sum();

        if (sum % 2 == 1) {
            return false;
        }

        var dp = new boolean[sum / 2 + 1];
        dp[0] = true;

        for (var num : nums) {
            var dc = dp.clone();

            for (var j = num; j < dp.length; j++) {
                dp[j] = dc[j] || dc[j - num];
            }
        }

        return dp[dp.length - 1];
    }
}

JavaScript #

var canPartition = function (nums) {
  const sum = _.sum(nums)

  if (sum % 2 == 1) {
    return false
  }

  const dp = Array(sum / 2 + 1).fill(false)
  dp[0] = true

  for (const num of nums) {
    const dc = [...dp]

    for (let j = num; j < dp.length; j++) {
      dp[j] = dc[j] || dc[j - num]
    }
  }

  return dp.at(-1)
};

Go #

func canPartition(nums []int) bool {
    sum := 0
    for _, num := range nums {
        sum += num
    }

    if sum % 2 == 1 {
        return false
    }

    dp := make([]bool, sum / 2 + 1)
    dp[0] = true

    for _, num := range nums {
        dc := slices.Clone(dp)

        for j := num; j < len(dp); j++ {
            dp[j] = dc[j] || dc[j - num]
        }
    }

    return dp[len(dp) - 1]
}

Ruby #

def can_partition(nums)
  sum = nums.sum

  return false if sum % 2 == 1

  dp = Array.new(sum / 2 + 1, false)
  dp[0] = true

  nums.each do |num|
    dc = dp.clone

    (num...dp.size).each do |j|
      dp[j] = dc[j] || dc[j - num]
    end
  end

  dp[-1]
end

其它语言

欢迎贡献代码到我们的 GitHub 仓库,非常感谢!本题解位置在 416. 分割等和子集