Given a positive integer n, find the least number of perfect square numbers (for example, 1, 4, 9, 16, ...) which sum to n.

Example 1:

Input: n = 12
Output: 3
Explanation: 12 = 4 + 4 + 4.
Example 2: Input: n = 13
Output: 2
Explanation: 13 = 4 + 9.

解题思路:

第一种方案: 二维dp

和为n的数,要么以1开头,要么以4开头,要么以9开头,依次类推,本题就是求这些可能方案中,需要平方数个数最少的那组解

dp[k][n] - 表示以k开头的平方数序列,和为n时,最少需要的平方数个数

进一步递推可得

dp[k][n] = 1 + min{dp[k][n - k], dp[nextK][n - k], ...}

因为,取k是一步,取完k之后,问题变为求解和为n - k的最优解, 我们可以继续取k, 即dp[k][n - k], 或者我们直接取下一个k, dp[nextK][n - k], ....,

最终找到和为n - k时的最优解, 对解加1,即为和为n时,以k开头的最优解.

最终,我们遍历dp[i][n] i = 1, 4, 9, ..., n ,即可以得到和为n的解.

空间复杂度o(n^2) 时间复杂度o(n^3)

空间上我们可以进一步优化,不要从1开始存储到n,优化为只存储平方数

java代码

class Solution {
//for example
//n n - 1 n - 2
//dp[n][num] = 1 + mim{dp[n][num - n], dp[n - 1][num - n], dp[n - 2][num - n], ..., dp[1][n]}
//ans = min {dp[k][sum]} k = 1,2,3,...,n-1,n
public int numSquares(int n) {
int ans = Integer.MAX_VALUE;
List<Integer> data = new ArrayList<>();
int i = 0;
for (; i * i <= n; i++) {
data.add(i * i);
}
if (i * i == n) return 1; int cnt = data.size();
int[][] dp = new int[cnt][1 + n];
for (int l = 1; l < cnt; l++) {
for (int p = 1; p <= n; p++) {
dp[l][p] = Integer.MAX_VALUE;
}
} for (int k = 1; k < cnt; k++) {
int val = data.get(k);
for (int sum = val; sum <= n; sum++) {
for (int j = k; j >= 1; j--) {
if (dp[j][sum - val] == Integer.MAX_VALUE) continue;
//System.out.println("k={}" + k + " sum=" + sum + " j={}" + j + " remain={}" + (sum - k));
dp[k][sum] = Math.min(dp[k][sum], 1 + dp[j][sum - val]);
//System.out.println("dp[k][sum]=" + dp[k][sum]);
}
} if (ans > dp[k][n]) {
//System.out.println("dp[k][n]=" + dp[k][n]);
ans = dp[k][n];
}
} return ans;
} public boolean isSquare(int d) {
int i = 1;
for (; i * i < d; i++) {
} if (i * i == d) return true;
return false;
}
}

c++代码

class Solution {
public:
//dp[i][j] = 1 + min{dp[i][j - i], dp[nextI][j - i], ..., dp[k][j]}
//dp[i][i] = 1 + min{dp[0][0]} = 1
//dp[i][j] = 1 + min{dp[i][j - i], dp[ni][j - i], ..., dp[nii][j - i]}
//if i > j, dp[i][j] = INT_MAX;
//if i == j, dp[i][j] = 1;
//if i < j,
//
int numSquares(int n) {
int i = 1;
vector<int> data;
while (i * i <= n) {
data.push_back(i * i);
++i;
} int len = data.size();
int dp[1 + len][1 + n];
memset(dp, 0, sizeof(dp));
int ans = INT_MAX;
//cout<<"len="<<len<<endl; for (int i = 1; i <= len; i++) {
//cout<<"num="<<data[i - 1]<<endl;
for (int j = data[i - 1] - 1; j >= 1; j--) {
dp[i][j] = INT_MAX;
//output(i, j, dp[i][j]);
}
} for (int j = 1; j <= n; j++) {
for (int i = 1; i <= len && data[i - 1] <= j; i++) {
int tmp = INT_MAX;
for (int k = i; k <= len; k++) {
tmp = min(tmp, dp[k][j - data[i - 1]]);
} //output(i, j, tmp); if (tmp != INT_MAX) {
dp[i][j] = 1 + tmp;
} else {
dp[i][j] = tmp;
} //output(i, j, dp[i][j]);
}
} for (int i = 1; i <= len; i++) {
ans = min(ans, dp[i][n]);
//cout<<"ans="<<ans<<endl;
} return ans;
} void output(int i, int j, int tmp) {
cout<<"i="<<i<<" j="<<j<<" tmp="<<tmp<<endl;
} void output2(int i, int j, int tmp) {
cout<<"output2 i="<<i<<" j="<<j<<" tmp="<<tmp<<endl;
}
};

第二种解法: 一维dp

思路: dp[n] = 1 + min{dp[n - i * i]} n - i * i >= 0

想使和为n,则最后一步使用的平方数可以为 1, 或者 4 或者 9, 即最后一步可以使用 i * i

则把所有可能枚举出来,求1 + min{dp[n - i * i]}

java代码

class Solution {
//dp[i] = min{dp[i - j * j]} i - j * j >= 0
public int numSquares(int n) {
List<Integer> dp = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i <= n; i++) {
dp.add(Integer.MAX_VALUE);
}
dp.set(0, 0); for (int i = 1; i <= n; i++) {
int j = 1;
while (i - j * j >= 0) {
if (dp.get(i - j * j) != Integer.MAX_VALUE) {
dp.set(i, Math.min(dp.get(i), 1 + dp.get(i - j * j)));
}
++j;
}
} return dp.get(n);
}
}

c++代码

class Solution {
public:
//dp[n] = min{dp[n - i*i]} i*i<=n
//dp[n] represent least number of perfect square numbers
//dp[0] = 0, dp[1] = 1, dp[2] = dp[1] + 1 = 2
int numSquares(int n) {
int dp[1 + n];
for (int i = 0; i < n + 1; i++) {
dp[i] = INT_MAX;
} dp[0] = 0;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
int j = 1;
while (i - j * j >= 0) {
if (dp[i - j * j] != INT_MAX) {
//cout<<dp[i]<<" "<<dp[i - j * j]<<endl;
dp[i] = min(dp[i], 1 + dp[i - j * j]);
//cout<<"dp[i]="<<dp[i]<<endl;
}
++j;
}
} /*
for (int d : dp) {
cout<<d<<endl;
}
*/ return dp[n];
}
};

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