Java 递归算法

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Java 递归算法

撩得Android一次心动   2022-05-28 我要评论

一、dfs(深度优先搜索)

1.图的dfs

/**
 * 深度优先搜索
 * 
 * @param node
 * @param set
 */
public void DFS(Node node, Set<Node> set) {
    if (node == null) {
        //当没有节点时,退出此次方法
        return;
    }
    if (!set.contains(node)) {
        //没有搜到过就保存,并且继续向下推进
        set.add(node);
        System.out.print(node.value + " ");
        for (Node node1 : node.nexts) {
            DFS(node1, set);
        }
    }
}

2.树的dfs

树(边数=顶点数-1的图)的dfs

public static void dfs(Node treeNode) {
        if (treeNode == null) {
            return;
        }
        System.out.print(treeNode.value + " ");
        // 遍历左节点
        dfs(treeNode.left);
        // 遍历右节点
        dfs(treeNode.right);
    }

使用dfs代替状压枚举:  dfs 优于 状压枚举

二、记忆化搜索

记忆化搜索,指通过记录已经搜索到的值来降低重复操作次数,从而加快运行速度。

斐波那契数列问题: 1,1,2,3,5,8,... 求斐波那契数列第n项

1.普通递归:O(2^n)

public static int f(int n){
    if(n<=1)return 1;
    return f(n-1)+f(n-2);
}

2.记忆化搜索: O(n)

    static int[] dp = new int[1000] ;
    public static int f1(int n){
        if(n<=1) return dp[n] = 1;
        if(dp[n]!=0)return dp[n];
        return dp[n]=f1(n-1)+f1(n-2);
    }

三、分治

将问题拆分成子问题进行求解。

例如归并排序: 1,4,7,2,5,8,3,6,9

第一步 拆分: 左边:1,4,7,2 右边:5,8,3,6,9

第二步 递归排序 左边:1,2,4,7 右边:3,5,6,8,9

第三步 合并两个有序数组 左边:1,2,4,7 右边:3,5,6,8,9

四、算法题

1.dia和威严 

难度⭐⭐

知识点:dfs

从根开始dfs即可,dfs的过程中就能找到每个点需要的时间,维护一下最大值。

题目描述:

dia是学生会长。她经常有信息要传达给别人。

学生会的阶层等级森严。每个阶级传达信息只能传达到自己的下属。

一个人可以有多个下属,但一个人最多只能有一个上级。(树)

dia作为学生会长,很明显是没有上级的(即全学生会权利最大者)。

已知每个人传达到下属所消耗的时间。(传达给不同的下属,时间不一定相同) 现在dia有一个信息要传达给一个指定者。只有信息接收的指定者才需要理解信息(花费ai的时间)。她不想让效率太慢,于是她想找出最大时间消耗的那个路线(包括信息接收指定者所需要理解信息的时间),这样就能方便整改。

输入描述:

第一行一个正整数n,代表学生会的人数(dia是1号,其他人标记为2号到n号)。 (1≤n≤200000)第二行有n-1个正整数ai,代表从2号到n号,每个人需要理解信息的时间。 (1≤a1≤100)接下来的n-1行,每行有3个正整数x,y,k,代表x是y的上级,x向y传播信息需要消耗k的时间。(1≤x,y≤n,1≤k≤100)

输出描述:

一个正整数,代表dia选定某人作为信息接收指定者后,花费总时间的最大值。

示例

输入

3

3 4

1 2 4

1 3 2

输出

7

说明

若dia指定3号为信息接受者,消耗时间为2+4=6。

若dia指定2号为信息接受者,消耗为4+3=7。

故最大值为7。

备注:

注:只有指定者需要理解信息,传达者不需要花费时间理解信息。

import java.util.*;
import java.io.*;
public class Main{
    static class Edge{
        int to;
        int weight;
        //保存子节点,与线权(传播时间)。
        Edge(int to,int weight){
            this.to = to;
            this.weight = weight;
        }
    }
    static ArrayList<Edge>[] g;
    static int maxtime;
    static int weight[];
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        int n = Integer.parseInt(br.readLine()); //n为总人数
        weight = new int[n+1];
        g = new ArrayList[n+1];
        // 每个桶中保存一个ArrayList(可达)
        //这里的i代表了第几个数(从1开始)
        for(int i = 1;i<=n;i++){
            g[i] = new ArrayList();
        }
        //保存所有点权(理解时间)纪录了从2到n的点权,与数字的位子相对应。
        String[] s = br.readLine().split(" ");
        for(int i = 0;i<n-1;i++){
            weight[i+2] = Integer.parseInt(s[i]);
        }
        for(int i = 0;i<n-1;i++){
            String[] s1 = br.readLine().split(" ");
            int x = Integer.parseInt(s1[0]);
            int y = Integer.parseInt(s1[1]);
            int z = Integer.parseInt(s1[2]);
            g[x].add(new Edge(y,z));
        }
        dfs(1,0);
        System.out.println(maxtime);
    }
    static void dfs(int i ,int time){
        if(maxtime<time+weight[i])maxtime = time+weight[i];
        for(int k = 0;k<g[i].size();k++){
            dfs(g[i].get(k).to,time+g[i].get(k).weight);
        }
    }
}

非常典型的dfs模板题目:dfs一个树,寻找根到某点的线权总合+某点的点权

思考:???

思考1:假如变成根到某点的线权总合+根到某点的点权总合,程序应该怎么改?

解:

dfs(g[i].get(k).to,time+g[i].get(k).weight+weight[i]);//那就加个点权

思考2:假如变成根到叶子点的线权总合+叶子点的点权,程序应该怎么改?

(1)首先思考一个问题:这个递归没有任何判断结束的条件。他是怎么结束的?

        因为我们将他递归的过程安排的明明白白,他只是在执行有序有限的递归操作。所以没有给出判断条件。

(2)那么我们应该怎么判断他到叶子节点了呢?

        我们单单在递归的代码上修改是不能判断出是否到达了叶子节点,所以还需要想清楚结构体是咋样的。

解:

if(maxtime<time+weight[i]&&g[i].isEmpty())maxtime = time+weight[i];

思考3:假如变成随意定点到某点的线权总合+某点的点权,程序应该怎么改?

解:

dfs(点的编号,0); 0代表时间从0开始递归

2.小红点点点 

难度⭐⭐

知识点:dfs

开一个visited数组用来标记是否访问。对于每个没被访问过的红色节点,开始dfs并标记其相邻的红色节点。只要标号是从小到大开始遍历,最终形成的方案就一定是字典序最小的

题目描述:

小红拿到了一个图,其由 n个顶点、m 条边组成。

这个图上面的一些点被染成了红色。

小红有一个能力:她每次可以点击一个红色的顶点,并将和这个顶点相邻的红色连通块的所有红色顶点全部标记。

当两个红色顶点有一条边相连时,这两个红色顶点被称为连通的。另外,若a和b连通且b和c连通,那么a和c也是连通的。

小红想知道自己至少要点击多少次,可以把所有红色的顶点全部标记。

你能告诉她点击的次数吗?并请你输出一个点击的方案,如果有多个方案合法,请你输出一个字典序最小的方案。

注:字典序的定义:两个不同方案的字典序比较:对于从左到右数第一个不同的数,哪个方案最小,那么它的字典序最小。

例如:方案[1,4,5]和方案[1,3,6]相比,后者更小。因为第一个出现的不同的数是第二个数,4>3。

输入描述:

第一行输出两个正整数 n 和 m ,用空格隔开。分别代表顶点数和边数。

第二行输入一个长度为 n 的字符串,代表每个顶点的染色情况。第 i 个字符为'R'代表第 i 个点被染成红色,为'W'代表未被染色。

接下来的 m 行,每行两个正整数 x 和 y ,代表 x 和 y 有一条无向边相连。

不保证图是整体连通的。不保证没有重边和自环。

数据范围:

输出描述:

第一行输出一个正整数 cnt ,代表小红的点击次数。

第二行输出 cnt 个正整数,用空格隔开,代表小红点击的顺序。

示例1

输入

5 5

RRRWR

3 4

3 1

2 5

5 5

4 5

输出

2

1 2

说明

可以发现,共有2个红色连通块:{1,3}和{2,5}。只需要点击2次即可,字典序最小的方案是[1,2]

import java.util.*;
import java.io.*;
 
public class Main {
    static ArrayList<Integer>[] g;
    static String[] strings;
    static int[] visited;
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String[] firstLine = br.readLine().split(" ");
        int n = Integer.parseInt(firstLine[0]);
        int m = Integer.parseInt(firstLine[1]);
        g = new ArrayList[n+1];
        visited = new int[n+1];
        for (int i=1;i<n+1;i++) {
            g[i] = new ArrayList<Integer>();
        }
        //一个字符一个字符的读取
        strings = br.readLine().split("");
        for (int i=0;i<m;i++) {
            //描绘双向图
            String[] temp = br.readLine().split(" ");
            int x = Integer.parseInt(temp[0]);
            int y = Integer.parseInt(temp[1]);
            g[x].add(y);
            g[y].add(x);
        }
        int cnt = 0;
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i=1;i<n+1;i++) {
            if (visited[i] ==0 && strings[i-1].equals("R")) {
                cnt++;
                sb.append(i + " ");
                //从糖葫芦小的开始纪录,然后延深。
                dfs(i);
            }
        }
        System.out.println(cnt);
        System.out.println(sb);
    }
 
    static void dfs(int x) {
        if (visited[x] ==0 && strings[x-1].equals("R")) {
            //点亮它
            visited[x] = 1;
            for (int i=0;i<g[x].size();i++) {
                dfs(g[x].get(i));
            }
        }
    }
}

3.kotori和素因子 

难度⭐⭐⭐

知识点:dfs(回溯法)

按照题意进行dfs即可。注意素因子的判重,可以使用set或者visited数组。

题目描述:

kotori拿到了一些正整数。她决定从每个正整数取出一个素因子。但是,kotori有强迫症,她不允许两个不同的正整数取出相同的素因子。

她想知道,最终所有取出的数的和的最小值是多少?

注:若a%k==0,则称k是a的因子。若一个数有且仅有两个因子,则称其是素数。显然1只有一个因子,不是素数。

输入描述:

第一行一个正整数n,代表kotori拿到正整数的个数。

第二行共有n个数ai,表示每个正整数的值。

保证不存在两个相等的正整数。

1<=n<=10

2<=ai<=1000

输出描述:

一个正整数,代表取出的素因子之和的最小值。若不存在合法的取法,则输出-1。

示例1 

输入

4

12 15 28 22

输出

17

说明

分别取3,5,7,2,可保证取出的数之和最小 

示例2

输入

5

4 5 6 7 8

输出

-1

备注:        1<=n<=10        2<=ai<=1000

import java.util.*;
import java.io.*;
 
public class Main{
    static boolean[] check = new boolean[2000];
    static int[] ai;
    static int n;
    static int min = Integer.MAX_VALUE;
    //判断是否为素数
    static boolean isPrime(int x){
        if(x<2) return false;
        //这是根据开根号的演化版本,提高了效率。
        for(int i=2;i*i<=x;i++){
            if(x%i==0)return false;
        }
        return true;
    }
    static void dfs(int index,int sum){
        if(index==n){
            min=Math.min(min,sum);
            return;
        }
        //查找这个数没有被占用的素因子。
        for(int i=2;i<=ai[index];i++){
            if(ai[index]%i==0&&check[i]==false&&isPrime(i)){
                check[i]=true;
                dfs(index+1,sum+i);
                //回溯的方法。
                check[i]=false;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args)throws IOException{ 
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        n = Integer.parseInt(br.readLine());
        String[] a = br.readLine().split(" ");
        //负责保存所有输入的数
        ai = new int[n];
        for(int i=0;i<n;i++){
            ai[i]=Integer.parseInt(a[i]);
        }
        dfs(0,0);
        System.out.println(min==Integer.MAX_VALUE ? -1:min);
        br.close();
    }
}

4.kotori和糖果 

难度⭐⭐⭐⭐

知识点:记忆化搜索

正难则反,我们反向推理。

如果共有n个糖果:

  • 若n为偶数,最后一次合并一定是两堆n/2合并最优。
  • 若n为奇数,最后一次合并一定是一堆n/2和一堆n/2+1合并最优(合并的价值为1)。

所以得到递推式:f(n)=f(n/2)+f(n-n/2)+n%2

题目描述:

kotori共有n块糖果,每块糖果的初始状态是分散的,她想把这些糖果聚在一堆。但她每次只能把两堆糖果合并成一堆。

已知把两堆数量为a和b的糖果聚在一堆的代价是|a-b|。

kotori想知道,她把这n块糖果聚在一堆的最小代价是多少?

输入描述:

第一行是一个正整数T,代表数据组数。

第二行到第T+1行,每行一个非负整数n,代表kotori的糖果总数量。

输出描述:

每行一个整数,代表kotori需要花费的最小代价。

示例

输入

2

5

6

输出

2

2

说明

n=5时,kotori可以这样聚集糖果:

1 1 1 1 1

2 1 1 1

2 2 1

2 3

5

每一步的代价分别是0,0,1,1,总代价为2。

备注:

对于50%的数据,0<T≤100000, 0≤n≤100000

对于另外50%的数据,T=1 , 0≤n≤1e18(这个数据范围是为了为了让你动态规划做不了,上面的范围可以做)

import java.util.*;
import java.io.*;
public class Main{
    static HashMap<Long,Long> map = new HashMap<>();
    public static void main (String[] args) throws IOException{
        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        int num = Integer.parseInt(br.readLine());
        for(int i = 0; i<num; i++){
            System.out.println(recurse(Long.parseLong(br.readLine())));
        }
    }
    static long recurse(long num){
        if(num <= 1) return 0;
        //用于保存
        if(map.containsKey(num)) return map.get(num);
        long pay = recurse(num/2) + recurse(num-num/2) +num%2;
        map.put(num,pay);
        return pay;
    }
}

num%2的作用就是为了计数,且保存。

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