切棍子的最小成本问题(不同切割顺序成本不同)
字数 2868 2025-12-21 19:05:26

切棍子的最小成本问题(不同切割顺序成本不同)


题目描述

你有一根长度为 n 的棍子,它需要被切到指定的位置集合 cutscuts 中的每个位置是整数且严格在 (0, n) 之间)。
每次切割的成本等于当前被切割棍子的长度。
你可以选择切割的顺序,问将所有指定位置都切到的最小总成本是多少?

示例
输入:

n = 7
cuts = [1, 3, 4, 5]

输出:

16

解释:
一种最优切割顺序:

  1. 从位置 4 切割(棍子长度 7,成本 7),分成 [0,4] 和 [4,7]
  2. 在 [0,4] 上切位置 1(成本 4)
  3. 在 [0,4] 上切位置 3(成本 4)
  4. 在 [4,7] 上切位置 5(成本 3)
    总成本 = 7 + 4 + 4 + 3 = 18?不对,这样不是最优。
    我们稍后推导最优顺序和正确输出。

解题思路(区间 DP)

1. 问题转换

  • 我们将 cuts 排序,并在两端加入 0n,得到新的数组 arr
  • 例如:n=7, cuts=[1,3,4,5]
    排序 cuts[1,3,4,5]
    加入边界 → arr = [0, 1, 3, 4, 5, 7]
  • 问题变成:对于区间 [arr[i], arr[j]](其中 j > i+1,即区间内至少有一个要切的点),我们要选择一个切点 arr[k](i < k < j)先切,然后递归处理左右两个子区间。

2. 状态定义

dp[i][j] 表示将区间 (arr[i], arr[j]) 内的所有切割点切完的最小成本。
注意:ijarr 的下标,区间长度是 arr[j] - arr[i]

3. 状态转移

如果 j == i+1,则区间内没有要切的点,成本为 0。
如果 j > i+1,我们要选一个切点 ki < k < j):

  • 先切 arr[k],当前这一刀的成本 = arr[j] - arr[i](当前棍子长度)。
  • 然后切左边区间 (i, k) 和右边区间 (k, j)
  • 总成本 = (arr[j] - arr[i]) + dp[i][k] + dp[k][j]

我们要枚举所有可能的 k,取最小值。

4. DP 填表顺序

区间长度从小到大计算。
m = len(arr),则 im-2 往下遍历,ji+2 开始往上遍历。


示例演算(n=7, cuts=[1,3,4,5])

步骤 1:预处理

arr = [0, 1, 3, 4, 5, 7],长度 m=6。
初始化 dp[6][6] 全 0。

步骤 2:计算长度为 2 的区间(即 j=i+2)

  • i=0, j=2:区间 (0,3),切点 k=1,成本 = (3-0) + dp[0][1] + dp[1][2] = 3 + 0 + 0 = 3
  • i=1, j=3:(1,4),切点 k=2,成本 = (4-1) = 3
  • i=2, j=4:(3,5),切点 k=3,成本 = (5-3) = 2
  • i=3, j=5:(4,7),切点 k=4,成本 = (7-4) = 3
  • i=0, j=2i=3,j=5 都是只有唯一切点,直接得值。

先记下:
dp[0][2]=3, dp[1][3]=3, dp[2][4]=2, dp[3][5]=3。

步骤 3:计算长度为 3 的区间(j=i+3)

  • i=0, j=3:区间 (0,4),切点可 k=1 或 k=2
    • k=1:成本 = (4-0) + dp[0][1] + dp[1][3] = 4 + 0 + 3 = 7
    • k=2:成本 = 4 + dp[0][2] + dp[2][3] = 4 + 3 + 0 = 7
      取 7,dp[0][3]=7
  • i=1, j=4:(1,5),切点 k=2 或 k=3
    • k=2:成本 = (5-1)=4 + dp[1][2] + dp[2][4] = 4 + 0 + 2 = 6
    • k=3:成本 = 4 + dp[1][3] + dp[3][4] = 4 + 3 + 0 = 7
      取 6,dp[1][4]=6
  • i=2, j=5:(3,7),切点 k=3 或 k=4
    • k=3:成本 = (7-3)=4 + dp[2][3] + dp[3][5] = 4 + 0 + 3 = 7
    • k=4:成本 = 4 + dp[2][4] + dp[4][5] = 4 + 2 + 0 = 6
      取 6,dp[2][5]=6

步骤 4:计算长度为 4 的区间(j=i+4)

  • i=0, j=4:(0,5),切点 k=1,2,3
    • k=1:成本 = (5-0)=5 + dp[0][1] + dp[1][4] = 5 + 0 + 6 = 11
    • k=2:成本 = 5 + dp[0][2] + dp[2][4] = 5 + 3 + 2 = 10
    • k=3:成本 = 5 + dp[0][3] + dp[3][4] = 5 + 7 + 0 = 12
      取 10,dp[0][4]=10
  • i=1, j=5:(1,7),切点 k=2,3,4
    • k=2:成本 = (7-1)=6 + dp[1][2] + dp[2][5] = 6 + 0 + 6 = 12
    • k=3:成本 = 6 + dp[1][3] + dp[3][5] = 6 + 3 + 3 = 12
    • k=4:成本 = 6 + dp[1][4] + dp[4][5] = 6 + 6 + 0 = 12
      取 12,dp[1][5]=12

步骤 5:计算长度为 5 的区间(j=i+5)

  • i=0, j=5:(0,7),切点 k=1,2,3,4
    • k=1:成本 = 7 + dp[0][1] + dp[1][5] = 7 + 0 + 12 = 19
    • k=2:成本 = 7 + dp[0][2] + dp[2][5] = 7 + 3 + 6 = 16
    • k=3:成本 = 7 + dp[0][3] + dp[3][5] = 7 + 7 + 3 = 17
    • k=4:成本 = 7 + dp[0][4] + dp[4][5] = 7 + 10 + 0 = 17
      取 16,dp[0][5]=16

最终答案 = dp[0][5] = 16。


总结

这道题的核心是:

  1. 将切割位置排序并加边界,转化为区间 DP。
  2. 状态 dp[i][j] 表示完成区间内所有切割的最小成本。
  3. 转移时枚举第一个切割点,成本为当前区间长度加上左右子区间成本。
  4. 填表顺序按区间长度从小到大。

时间复杂度:O(m³),其中 m = cuts.length + 2。

切棍子的最小成本问题(不同切割顺序成本不同) 题目描述 你有一根长度为 n 的棍子,它需要被切到指定的位置集合 cuts ( cuts 中的每个位置是整数且严格在 (0, n) 之间)。 每次切割的成本等于当前被切割棍子的长度。 你可以选择切割的顺序,问将所有指定位置都切到的最小总成本是多少? 示例 输入: 输出: 解释: 一种最优切割顺序: 从位置 4 切割(棍子长度 7,成本 7),分成 [ 0,4] 和 [ 4,7 ] 在 [ 0,4 ] 上切位置 1(成本 4) 在 [ 0,4 ] 上切位置 3(成本 4) 在 [ 4,7 ] 上切位置 5(成本 3) 总成本 = 7 + 4 + 4 + 3 = 18?不对,这样不是最优。 我们稍后推导最优顺序和正确输出。 解题思路(区间 DP) 1. 问题转换 我们将 cuts 排序,并在两端加入 0 和 n ,得到新的数组 arr 。 例如: n=7, cuts=[1,3,4,5] 排序 cuts → [1,3,4,5] 加入边界 → arr = [0, 1, 3, 4, 5, 7] 问题变成:对于区间 [arr[i], arr[j]] (其中 j > i+1 ,即区间内至少有一个要切的点),我们要选择一个切点 arr[k] (i < k < j)先切,然后递归处理左右两个子区间。 2. 状态定义 设 dp[i][j] 表示将区间 (arr[i], arr[j]) 内的所有切割点切完的最小成本。 注意: i 和 j 是 arr 的下标,区间长度是 arr[j] - arr[i] 。 3. 状态转移 如果 j == i+1 ,则区间内没有要切的点,成本为 0。 如果 j > i+1 ,我们要选一个切点 k ( i < k < j ): 先切 arr[k] ,当前这一刀的成本 = arr[j] - arr[i] (当前棍子长度)。 然后切左边区间 (i, k) 和右边区间 (k, j) 。 总成本 = (arr[j] - arr[i]) + dp[i][k] + dp[k][j] 。 我们要枚举所有可能的 k ,取最小值。 4. DP 填表顺序 区间长度从小到大计算。 设 m = len(arr) ,则 i 从 m-2 往下遍历, j 从 i+2 开始往上遍历。 示例演算(n=7, cuts=[ 1,3,4,5 ]) 步骤 1:预处理 arr = [0, 1, 3, 4, 5, 7] ,长度 m=6。 初始化 dp[6][6] 全 0。 步骤 2:计算长度为 2 的区间(即 j=i+2) i=0, j=2 :区间 (0,3),切点 k=1,成本 = (3-0) + dp[ 0][ 1] + dp[ 1][ 2 ] = 3 + 0 + 0 = 3 i=1, j=3 :(1,4),切点 k=2,成本 = (4-1) = 3 i=2, j=4 :(3,5),切点 k=3,成本 = (5-3) = 2 i=3, j=5 :(4,7),切点 k=4,成本 = (7-4) = 3 i=0, j=2 到 i=3,j=5 都是只有唯一切点,直接得值。 先记下: dp[ 0][ 2]=3, dp[ 1][ 3]=3, dp[ 2][ 4]=2, dp[ 3][ 5 ]=3。 步骤 3:计算长度为 3 的区间(j=i+3) i=0, j=3 :区间 (0,4),切点可 k=1 或 k=2 k=1:成本 = (4-0) + dp[ 0][ 1] + dp[ 1][ 3 ] = 4 + 0 + 3 = 7 k=2:成本 = 4 + dp[ 0][ 2] + dp[ 2][ 3 ] = 4 + 3 + 0 = 7 取 7,dp[ 0][ 3 ]=7 i=1, j=4 :(1,5),切点 k=2 或 k=3 k=2:成本 = (5-1)=4 + dp[ 1][ 2] + dp[ 2][ 4 ] = 4 + 0 + 2 = 6 k=3:成本 = 4 + dp[ 1][ 3] + dp[ 3][ 4 ] = 4 + 3 + 0 = 7 取 6,dp[ 1][ 4 ]=6 i=2, j=5 :(3,7),切点 k=3 或 k=4 k=3:成本 = (7-3)=4 + dp[ 2][ 3] + dp[ 3][ 5 ] = 4 + 0 + 3 = 7 k=4:成本 = 4 + dp[ 2][ 4] + dp[ 4][ 5 ] = 4 + 2 + 0 = 6 取 6,dp[ 2][ 5 ]=6 步骤 4:计算长度为 4 的区间(j=i+4) i=0, j=4 :(0,5),切点 k=1,2,3 k=1:成本 = (5-0)=5 + dp[ 0][ 1] + dp[ 1][ 4 ] = 5 + 0 + 6 = 11 k=2:成本 = 5 + dp[ 0][ 2] + dp[ 2][ 4 ] = 5 + 3 + 2 = 10 k=3:成本 = 5 + dp[ 0][ 3] + dp[ 3][ 4 ] = 5 + 7 + 0 = 12 取 10,dp[ 0][ 4 ]=10 i=1, j=5 :(1,7),切点 k=2,3,4 k=2:成本 = (7-1)=6 + dp[ 1][ 2] + dp[ 2][ 5 ] = 6 + 0 + 6 = 12 k=3:成本 = 6 + dp[ 1][ 3] + dp[ 3][ 5 ] = 6 + 3 + 3 = 12 k=4:成本 = 6 + dp[ 1][ 4] + dp[ 4][ 5 ] = 6 + 6 + 0 = 12 取 12,dp[ 1][ 5 ]=12 步骤 5:计算长度为 5 的区间(j=i+5) i=0, j=5 :(0,7),切点 k=1,2,3,4 k=1:成本 = 7 + dp[ 0][ 1] + dp[ 1][ 5 ] = 7 + 0 + 12 = 19 k=2:成本 = 7 + dp[ 0][ 2] + dp[ 2][ 5 ] = 7 + 3 + 6 = 16 k=3:成本 = 7 + dp[ 0][ 3] + dp[ 3][ 5 ] = 7 + 7 + 3 = 17 k=4:成本 = 7 + dp[ 0][ 4] + dp[ 4][ 5 ] = 7 + 10 + 0 = 17 取 16,dp[ 0][ 5 ]=16 最终答案 = dp[ 0][ 5 ] = 16。 总结 这道题的核心是: 将切割位置排序并加边界,转化为区间 DP。 状态 dp[i][j] 表示完成区间内所有切割的最小成本。 转移时枚举第一个切割点,成本为当前区间长度加上左右子区间成本。 填表顺序按区间长度从小到大。 时间复杂度:O(m³),其中 m = cuts.length + 2。