切棍子的最小成本问题(进阶版)
字数 1680 2025-11-07 12:32:50

切棍子的最小成本问题(进阶版)

题目描述
给定一根长度为n的棍子,以及一个包含m个不同位置的切割点数组cuts[],其中cuts[i]表示在第cuts[i]位置需要切割。每次切割的成本等于当前被切割棍子的长度。要求按照某种顺序切割所有指定的点,使得总成本最小。返回最小的总切割成本。

例如:n = 7, cuts = [1,3,4,5]
初始棍子长度区间为[0,7],我们需要在位置1,3,4,5处进行切割。

解题思路
这是一个典型的区间动态规划问题。我们可以将切割点排序,并在首尾添加0和n,形成一个扩展的切割点数组。然后定义dp[i][j]表示在扩展切割点数组中从第i个点到第j个点这个区间内(即原始棍子的一段)切割所有内部切割点所需的最小成本。

详细步骤

  1. 预处理切割点
    首先对给定的cuts数组排序,然后创建一个新的数组extendedCuts,包含0、排序后的cuts、以及n。
    例如:n=7, cuts=[1,3,4,5] → 排序后还是[1,3,4,5],扩展后为[0,1,3,4,5,7]

  2. 定义DP状态
    设dp[i][j]表示在扩展切割点数组中,从第i个切割点到第j个切割点这段区间内,切割所有内部切割点(即不包括端点i和j)的最小成本。
    这里i和j是扩展切割点数组中的索引。

  3. 状态转移方程
    对于区间[i,j],如果我们选择其中一个内部切割点k进行第一次切割(i < k < j),那么:

    • 切割成本 = extendedCuts[j] - extendedCuts[i] (当前这段棍子的长度)
    • 然后问题分解为两个子问题:切割区间[i,k]和[k,j]内的点
    • 总成本 = 当前切割成本 + dp[i][k] + dp[k][k]

    因此状态转移方程为:
    dp[i][j] = min(dp[i][k] + dp[k][j]) + (extendedCuts[j] - extendedCuts[i])
    其中k遍历区间(i,j)内的所有切割点。

  4. 初始化

    • 当区间内没有切割点(即j = i+1)时,dp[i][j] = 0
    • 其他情况初始化为一个较大值
  5. 计算顺序
    按照区间长度从小到大进行计算。先计算长度小的区间,再计算长度大的区间。

  6. 最终结果
    dp[0][m+1]就是最终的最小成本,其中m是原始cuts数组的长度。

示例演算
n=7, cuts=[1,3,4,5]

扩展切割点数组:[0,1,3,4,5,7]

计算过程:

  1. 初始化所有长度为2的区间(即相邻点):dp[0][1]=0, dp[1][2]=0, dp[2][3]=0, dp[3][4]=0, dp[4][5]=0

  2. 计算长度为3的区间:

    • [0,1,3]:只能在位置1切割,成本=3-0=3
    • [1,3,4]:只能在位置3切割,成本=4-1=3
    • [3,4,5]:只能在位置4切割,成本=5-3=2
    • [4,5,7]:只能在位置5切割,成本=7-4=3
  3. 计算长度为4的区间:

    • [0,1,3,4]:有两种选择:
      • 先切1:成本=(4-0) + dp[0][1] + dp[1][4] = 4 + 0 + 3 = 7
      • 先切3:成本=(4-0) + dp[0][2] + dp[2][4] = 4 + 3 + 0 = 7
      • 最小成本为7
    • [1,3,4,5]:有两种选择:
      • 先切3:成本=(5-1) + dp[1][2] + dp[2][4] = 4 + 0 + 2 = 6
      • 先切4:成本=(5-1) + dp[1][3] + dp[3][4] = 4 + 3 + 0 = 7
      • 最小成本为6
  4. 最终计算整个区间[0,1,3,4,5,7]:
    有多种切割顺序,通过比较所有可能的第一次切割点,得到最小成本为16。

这个问题的关键在于理解切割顺序对总成本的影响,以及如何通过动态规划将大问题分解为子问题来解决。

切棍子的最小成本问题(进阶版) 题目描述 给定一根长度为n的棍子,以及一个包含m个不同位置的切割点数组cuts[],其中cuts[ i]表示在第cuts[ i ]位置需要切割。每次切割的成本等于当前被切割棍子的长度。要求按照某种顺序切割所有指定的点,使得总成本最小。返回最小的总切割成本。 例如:n = 7, cuts = [ 1,3,4,5 ] 初始棍子长度区间为[ 0,7 ],我们需要在位置1,3,4,5处进行切割。 解题思路 这是一个典型的区间动态规划问题。我们可以将切割点排序,并在首尾添加0和n,形成一个扩展的切割点数组。然后定义dp[ i][ j ]表示在扩展切割点数组中从第i个点到第j个点这个区间内(即原始棍子的一段)切割所有内部切割点所需的最小成本。 详细步骤 预处理切割点 首先对给定的cuts数组排序,然后创建一个新的数组extendedCuts,包含0、排序后的cuts、以及n。 例如:n=7, cuts=[ 1,3,4,5] → 排序后还是[ 1,3,4,5],扩展后为[ 0,1,3,4,5,7 ] 定义DP状态 设dp[ i][ j ]表示在扩展切割点数组中,从第i个切割点到第j个切割点这段区间内,切割所有内部切割点(即不包括端点i和j)的最小成本。 这里i和j是扩展切割点数组中的索引。 状态转移方程 对于区间[ i,j],如果我们选择其中一个内部切割点k进行第一次切割(i < k < j),那么: 切割成本 = extendedCuts[ j] - extendedCuts[ i ] (当前这段棍子的长度) 然后问题分解为两个子问题:切割区间[ i,k]和[ k,j ]内的点 总成本 = 当前切割成本 + dp[ i][ k] + dp[ k][ k ] 因此状态转移方程为: dp[ i][ j] = min(dp[ i][ k] + dp[ k][ j]) + (extendedCuts[ j] - extendedCuts[ i ]) 其中k遍历区间(i,j)内的所有切割点。 初始化 当区间内没有切割点(即j = i+1)时,dp[ i][ j ] = 0 其他情况初始化为一个较大值 计算顺序 按照区间长度从小到大进行计算。先计算长度小的区间,再计算长度大的区间。 最终结果 dp[ 0][ m+1 ]就是最终的最小成本,其中m是原始cuts数组的长度。 示例演算 n=7, cuts=[ 1,3,4,5 ] 扩展切割点数组:[ 0,1,3,4,5,7 ] 计算过程: 初始化所有长度为2的区间(即相邻点):dp[ 0][ 1]=0, dp[ 1][ 2]=0, dp[ 2][ 3]=0, dp[ 3][ 4]=0, dp[ 4][ 5 ]=0 计算长度为3的区间: [ 0,1,3 ]:只能在位置1切割,成本=3-0=3 [ 1,3,4 ]:只能在位置3切割,成本=4-1=3 [ 3,4,5 ]:只能在位置4切割,成本=5-3=2 [ 4,5,7 ]:只能在位置5切割,成本=7-4=3 计算长度为4的区间: [ 0,1,3,4 ]:有两种选择: 先切1:成本=(4-0) + dp[ 0][ 1] + dp[ 1][ 4 ] = 4 + 0 + 3 = 7 先切3:成本=(4-0) + dp[ 0][ 2] + dp[ 2][ 4 ] = 4 + 3 + 0 = 7 最小成本为7 [ 1,3,4,5 ]:有两种选择: 先切3:成本=(5-1) + dp[ 1][ 2] + dp[ 2][ 4 ] = 4 + 0 + 2 = 6 先切4:成本=(5-1) + dp[ 1][ 3] + dp[ 3][ 4 ] = 4 + 3 + 0 = 7 最小成本为6 最终计算整个区间[ 0,1,3,4,5,7 ]: 有多种切割顺序,通过比较所有可能的第一次切割点,得到最小成本为16。 这个问题的关键在于理解切割顺序对总成本的影响,以及如何通过动态规划将大问题分解为子问题来解决。