【算法篇】贪心类（1）（笔记）

一、理论基础

1. 大纲

2. 求解步骤

二、Leetcode 题目

1. 分发饼干

2. 摆动序列

3. 最大子序和

4. 买卖股票的最佳时机 II

5. 跳跃游戏

6. 跳跃游戏 II

7. K 次取反后最大化的数组和

8. 加油站

9. 分发糖果

一、理论基础

1. 大纲

2. 求解步骤

将问题分解为若干个子问题。
找出适合的贪心策略。
求解每一个子问题的最优解。
将局部最优解堆叠成全局最优解。

二、Leetcode 题目

1. 分发饼干

https://leetcode.cn/problems/assign-cookies/description/https://leetcode.cn/problems/assign-cookies/description/

假设你是一位很棒的家长，想要给你的孩子们一些小饼干。但是，每个孩子最多只能给一块饼干。

对每个孩子 i，都有一个胃口值 g[i]，这是能让孩子们满足胃口的饼干的最小尺寸；并且每块饼干 j，都有一个尺寸 s[j] 。如果 s[j] >= g[i]，我们可以将这个饼干 j 分配给孩子 i ，这个孩子会得到满足。你的目标是满足尽可能多的孩子，并输出这个最大数值。

示例 1:
输入: g = [1,2,3], s = [1,1]
输出: 1
解释: 
你有三个孩子和两块小饼干，3 个孩子的胃口值分别是：1,2,3。
虽然你有两块小饼干，由于他们的尺寸都是 1，你只能让胃口值是 1 的孩子满足。
所以你应该输出 1。

示例 2:
输入: g = [1,2], s = [1,2,3]
输出: 2
解释: 
你有两个孩子和三块小饼干，2 个孩子的胃口值分别是 1,2。
你拥有的饼干数量和尺寸都足以让所有孩子满足。
所以你应该输出 2。

// 方法一：（大饼干喂饱大胃口）
class Solution {
public:
    int findContentChildren(vector<int>& g, vector<int>& s) {
        sort(g.begin(), g.end());
        sort(s.begin(), s.end());
        int result = 0;
        int index = s.size() - 1;   // 饼干
        for (int i = g.size() - 1; i >= 0; i--) {   // 遍历胃口
            if (index >= 0 && s[index] >= g[i]) {
                result++;
                index--;
            }
        }
        return result;
    }
};


// 方法二：（小饼干喂饱小胃口）
class Solution {
public:
    int findContentChildren(vector<int>& g, vector<int>& s) {
        sort(g.begin(), g.end());
        sort(s.begin(), s.end());
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (index < g.size() && s[i] >= g[index]) {
                index++;
            }
        }
        return index;
    }
};

2. 摆动序列

https://leetcode.cn/problems/wiggle-subsequence/description/https://leetcode.cn/problems/wiggle-subsequence/description/

        如果连续数字之间的差严格地在正数和负数之间交替，则数字序列称为摆动序列。第一个差（如果存在的话）可能是正数或负数。仅有一个元素或者含两个不等元素的序列也视作摆动序列。

例如， [1, 7, 4, 9, 2, 5] 是一个摆动序列，因为差值 (6, -3, 5, -7, 3) 是正负交替出现的。

相反，[1, 4, 7, 2, 5] 和 [1, 7, 4, 5, 5] 不是摆动序列，第一个序列是因为它的前两个差值都是正数，第二个序列是因为它的最后一个差值为零。

        子序列可以通过从原始序列中删除一些（也可以不删除）元素来获得，剩下的元素保持其原始顺序。

        给你一个整数数组 nums ，返回 nums 中作为摆动序列的最长子序列的长度。

示例 1：
输入：nums = [1,7,4,9,2,5]
输出：6
解释：整个序列均为摆动序列，各元素之间的差值为 (6, -3, 5, -7, 3) 。

示例 2：
输入：nums = [1,17,5,10,13,15,10,5,16,8]
输出：7
解释：这个序列包含几个长度为 7 摆动序列。
其中一个是 [1, 17, 10, 13, 10, 16, 8] ，各元素之间的差值为 (16, -7, 3, -3, 6, -8) 。

示例 3：
输入：nums = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
输出：2

思路：

本题要考虑三种情况：

        情况一：上下坡中有平坡

        情况二：数组首尾两端

        情况三：单调坡度有平坡

class Solution {
public:
    int wiggleMaxLength(vector<int>& nums) {
        int prenum = 0;
        int curnum = 0;
        int result = 1;
        for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
            curnum = nums[i] - nums[i - 1];
            if ((prenum >= 0 && curnum < 0) || (prenum <= 0 && curnum > 0)) {
                result++;
                prenum = curnum;
            }
        }
        return result;
    }
};

3. 最大子序和

https://leetcode.cn/problems/maximum-subarray/description/https://leetcode.cn/problems/maximum-subarray/description/

给你一个整数数组 nums ，请你找出一个具有最大和的连续子数组（子数组最少包含一个元素），返回其最大和。

子数组是数组中的一个连续部分。

示例 1：
输入：nums = [-2,1,-3,4,-1,2,1,-5,4]
输出：6
解释：连续子数组 [4,-1,2,1] 的和最大，为 6 。

示例 2：
输入：nums = [1]
输出：1

示例 3：
输入：nums = [5,4,-1,7,8]
输出：23

// 写法一：
class Solution {
public:
    int maxSubArray(vector<int>& nums) {
        if (nums.size() == 0) return 0;
        vector<int> dp(nums.size());
        dp[0] = nums[0];
        int result = nums[0];
        for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
            // 有两种情况
            // 第一种：延续之前的累加；第二种：从当前数字进行累加。
            dp[i] = max(dp[i - 1] + nums[i], nums[i]);
            if (dp[i] > result) result = dp[i];
        }
        return result;
    }
};

// 写法二：
class Solution {
public:
    int maxSubArray(vector<int>& nums) {
        vector<int> dp(nums.size(), INT_MIN);
        dp[0] = nums[0];
        int result = nums[0];
        for (int i = 1; i < nums.size(); i++) {
            dp[i] = max(nums[i], nums[i] + dp[i - 1]);
            result = result > dp[i] ? result : dp[i];
        }
        return result;
    }
};

4. 买卖股票的最佳时机 II

https://leetcode.cn/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-ii/submissions/570926047/https://leetcode.cn/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-ii/submissions/570926047/

        给你一个整数数组 prices ，其中 prices[i] 表示某支股票第 i 天的价格。

        在每一天，你可以决定是否购买和/或出售股票。你在任何时候最多只能持有一股股票。你也可以先购买，然后在同一天出售。

        返回 你能获得的最大利润 。

示例 1：
输入：prices = [7,1,5,3,6,4]
输出：7
解释：在第 2 天（股票价格 = 1）的时候买入，在第 3 天（股票价格 = 5）的时候卖出, 这笔交易所能获得利润 = 5 - 1 = 4。
随后，在第 4 天（股票价格 = 3）的时候买入，在第 5 天（股票价格 = 6）的时候卖出, 这笔交易所能获得利润 = 6 - 3 = 3。
最大总利润为 4 + 3 = 7 。

示例 2：
输入：prices = [1,2,3,4,5]
输出：4
解释：在第 1 天（股票价格 = 1）的时候买入，在第 5 天 （股票价格 = 5）的时候卖出, 这笔交易所能获得利润 = 5 - 1 = 4。
最大总利润为 4 。

示例 3：
输入：prices = [7,6,4,3,1]
输出：0
解释：在这种情况下, 交易无法获得正利润，所以不参与交易可以获得最大利润，最大利润为 0。

class Solution {
public:
    int maxProfit(vector<int>& prices) {
        int result = 0;
        for (int i = 1; i < prices.size(); i++) {
            result += max(prices[i] - prices[i - 1], 0);
        }
        return result;
    }
};

5. 跳跃游戏

https://leetcode.cn/problems/jump-game/description/https://leetcode.cn/problems/jump-game/description/

给你一个非负整数数组 nums ，你最初位于数组的第一个下标。数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。

判断你是否能够到达最后一个下标，如果可以，返回 true ；否则，返回 false 。

示例 1：
输入：nums = [2,3,1,1,4]
输出：true
解释：可以先跳 1 步，从下标 0 到达下标 1, 然后再从下标 1 跳 3 步到达最后一个下标。

示例 2：
输入：nums = [3,2,1,0,4]
输出：false
解释：无论怎样，总会到达下标为 3 的位置。但该下标的最大跳跃长度是 0 ， 所以永远不可能到达最后一个下标。

class Solution {
public:
    bool canJump(vector<int>& nums) {
        if (nums.size() == 1) return true;
        int cover = 0;
        for (int i = 0; i <= cover; i++) {
            cover = max(cover, i + nums[i]);
            if (cover >= nums.size() - 1) return true;
        }
        return false;
    }
};

6. 跳跃游戏 II

https://leetcode.cn/problems/jump-game-ii/description/https://leetcode.cn/problems/jump-game-ii/description/

        给定一个长度为 n 的 0 索引整数数组 nums。初始位置为 nums[0]。

        每个元素 nums[i] 表示从索引 i 向前跳转的最大长度。换句话说，如果你在 nums[i] 处，你可以跳转到任意 nums[i + j] 处:

0 <= j <= nums[i]
i + j < n

        返回到达 nums[n - 1] 的最小跳跃次数。生成的测试用例可以到达 nums[n - 1]。

示例 1:
输入: nums = [2,3,1,1,4]
输出: 2
解释: 跳到最后一个位置的最小跳跃数是 2。
     从下标为 0 跳到下标为 1 的位置，跳 1 步，然后跳 3 步到达数组的最后一个位置。

示例 2:
输入: nums = [2,3,0,1,4]
输出: 2

class Solution {
public:
    int jump(vector<int>& nums) {
        int curDistance = 0;    // 当前覆盖的最远距离下标
        int result = 0;         // 记录走的最大步数
        int nextDistance = 0;   // 下一步覆盖的最远距离下标
        for (int i = 0; i < nums.size() - 1; i++) {
            nextDistance = max(nums[i] + i, nextDistance);
            if (i == curDistance) {     // 可以到达当前覆盖最远距离则表示可以到达最后一位
                curDistance = nextDistance;
                result++;
            }
        }
        return result;
    }
};

7. K 次取反后最大化的数组和

https://leetcode.cn/problems/maximize-sum-of-array-after-k-negations/description/https://leetcode.cn/problems/maximize-sum-of-array-after-k-negations/description/

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，按以下方法修改该数组：

选择某个下标 i 并将 nums[i] 替换为 -nums[i] 。

重复这个过程恰好 k 次。可以多次选择同一个下标 i 。

以这种方式修改数组后，返回数组可能的最大和。

示例 1：
输入：nums = [4,2,3], k = 1
输出：5
解释：选择下标 1 ，nums 变为 [4,-2,3] 。

示例 2：
输入：nums = [3,-1,0,2], k = 3
输出：6
解释：选择下标 (1, 2, 2) ，nums 变为 [3,1,0,2] 。

示例 3：
输入：nums = [2,-3,-1,5,-4], k = 2
输出：13
解释：选择下标 (1, 4) ，nums 变为 [2,3,-1,5,4] 。

思路：

解题步骤为：

第一步：将数组按照绝对值大小从大到小排序，注意要按照绝对值的大小。
第二步：从前向后遍历，遇到负数将其变为正数，同时K--。
第三步：如果K还大于0，那么反复转变数值最小的元素，将K用完。
第四步：求和。

class Solution {
public:
    static bool cmp(int a, int b) {
        return abs(a) > abs(b);
    }

    int largestSumAfterKNegations(vector<int>& nums, int k) {
        sort(nums.begin(), nums.end(), cmp);
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < nums.size() && k; i++) {
            if (nums[i] <= 0) {
                nums[i] *= -1;
                k--;
            }
        }
        if (k % 2 == 1) {    // 只运行一遍就可以
            nums[nums.size() - 1] *= -1;
        }
        for (int a : nums) result += a;
        return result;
    }
};

8. 加油站

https://leetcode.cn/problems/gas-station/description/https://leetcode.cn/problems/gas-station/description/

        在一条环路上有 n 个加油站，其中第 i 个加油站有汽油 gas[i] 升。

        你有一辆油箱容量无限的的汽车，从第 i 个加油站开往第 i+1 个加油站需要消耗汽油 cost[i] 升。你从其中的一个加油站出发，开始时油箱为空。

        给定两个整数数组 gas 和 cost ，如果你可以按顺序绕环路行驶一周，则返回出发时加油站的编号，否则返回 -1 。如果存在解，则保证它是唯一的。

示例 1:
输入: gas = [1,2,3,4,5], cost = [3,4,5,1,2]
输出: 3
解释:
从 3 号加油站(索引为 3 处)出发，可获得 4 升汽油。此时油箱有 = 0 + 4 = 4 升汽油
开往 4 号加油站，此时油箱有 4 - 1 + 5 = 8 升汽油
开往 0 号加油站，此时油箱有 8 - 2 + 1 = 7 升汽油
开往 1 号加油站，此时油箱有 7 - 3 + 2 = 6 升汽油
开往 2 号加油站，此时油箱有 6 - 4 + 3 = 5 升汽油
开往 3 号加油站，你需要消耗 5 升汽油，正好足够你返回到 3 号加油站。
因此，3 可为起始索引。

示例 2:
输入: gas = [2,3,4], cost = [3,4,3]
输出: -1
解释:
你不能从 0 号或 1 号加油站出发，因为没有足够的汽油可以让你行驶到下一个加油站。
我们从 2 号加油站出发，可以获得 4 升汽油。 此时油箱有 = 0 + 4 = 4 升汽油
开往 0 号加油站，此时油箱有 4 - 3 + 2 = 3 升汽油
开往 1 号加油站，此时油箱有 3 - 3 + 3 = 3 升汽油
你无法返回 2 号加油站，因为返程需要消耗 4 升汽油，但是你的油箱只有 3 升汽油。
因此，无论怎样，你都不可能绕环路行驶一周。

class Solution {
public:
    int canCompleteCircuit(vector<int>& gas, vector<int>& cost) {
        int curSum = 0;
        int totalSum = 0;
        int start = 0;
        for (int i = 0; i < gas.size(); i++) {
            curSum += gas[i] - cost[i];
            totalSum += gas[i] - cost[i];
            if (curSum < 0) {   // 当前累加rest[i]和 curSum一旦小于 0
                start = i + 1;  // 起始位置更新为i+1
                curSum = 0;     // curSum从0开始
            }
        }
        if (totalSum < 0) return -1; // 说明怎么走都不可能跑一圈了
        return start;
    }
};

9. 分发糖果

https://leetcode.cn/problems/candy/description/https://leetcode.cn/problems/candy/description/

n 个孩子站成一排。给你一个整数数组 ratings 表示每个孩子的评分。

你需要按照以下要求，给这些孩子分发糖果：

每个孩子至少分配到 1 个糖果。
相邻两个孩子评分更高的孩子会获得更多的糖果。

请你给每个孩子分发糖果，计算并返回需要准备的最少糖果数目。

示例 1：
输入：ratings = [1,0,2]
输出：5
解释：你可以分别给第一个、第二个、第三个孩子分发 2、1、2 颗糖果。

示例 2：
输入：ratings = [1,2,2]
输出：4
解释：你可以分别给第一个、第二个、第三个孩子分发 1、2、1 颗糖果。
     第三个孩子只得到 1 颗糖果，这满足题面中的两个条件。

class Solution {
public:
    int candy(vector<int>& ratings) {
        // 先从左向右判断，再从右向左判断
        vector<int> candyVec(ratings.size(), 1);
        for (int i = 1; i < ratings.size(); i++) {
            if (ratings[i] > ratings[i - 1]) {
                candyVec[i] = candyVec[i - 1] + 1;
            }
        }
        for (int i = ratings.size() - 2; i >= 0; i--) {
            if (ratings[i] > ratings[i + 1]) {
                candyVec[i] = max(candyVec[i], candyVec[i + 1] + 1);
            }
        }
        int result = 0;
        for (int sum : candyVec) result += sum;
        return result;
    }
};