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leetcode 1301 ~ 1350
两个子序列的最大点积

两个子序列的最大点积

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题目描述

给你两个数组 nums1 和 nums2 。

请你返回 nums1nums2 中两个长度相同的 非空 子序列的最大点积。

数组的非空子序列是通过删除原数组中某些元素(可能一个也不删除)后剩余数字组成的序列,但不能改变数字间相对顺序。比方说,[2,3,5] 是 [1,2,3,4,5] 的一个子序列而 [1,5,3] 不是。

 

示例 1:

输入:nums1 = [2,1,-2,5], nums2 = [3,0,-6]
输出:18
解释:从 nums1 中得到子序列 [2,-2] ,从 nums2 中得到子序列 [3,-6] 。
它们的点积为 (2*3 + (-2)*(-6)) = 18 。

示例 2:

输入:nums1 = [3,-2], nums2 = [2,-6,7]
输出:21
解释:从 nums1 中得到子序列 [3] ,从 nums2 中得到子序列 [7] 。
它们的点积为 (3*7) = 21 。

示例 3:

输入:nums1 = [-1,-1], nums2 = [1,1]
输出:-1
解释:从 nums1 中得到子序列 [-1] ,从 nums2 中得到子序列 [1] 。
它们的点积为 -1 。

 

提示:

  • 1 <= nums1.length, nums2.length <= 500
  • -1000 <= nums1[i], nums2[i] <= 100

 

点积:

定义 a = [a1a2,…, an] b = [b1b2,…, bn] 的点积为:

\mathbf{a}\cdot \mathbf{b} = \sum_{i=1}^n a_ib_i = a_1b_1 + a_2b_2 + \cdots + a_nb_n 

这里的 Σ 指示总和符号。

代码结果

运行时间: 154 ms, 内存: 16.2 MB


/*
 * 思路:
 * 使用动态规划结合Java Stream API实现。
 * 创建一个二维数组 dp,其中 dp[i][j] 表示 nums1 到第 i 个元素和 nums2 到第 j 个元素的最大点积。
 * 递推公式是:
 * dp[i][j] = max(dp[i-1][j-1] + nums1[i-1]*nums2[j-1], dp[i-1][j], dp[i][j-1], nums1[i-1]*nums2[j-1])
 * 最终答案是 dp[m][n]。
 */
import java.util.stream.IntStream;
public int maxDotProduct(int[] nums1, int[] nums2) {
    int m = nums1.length;
    int n = nums2.length;
    int[][] dp = new int[m + 1][n + 1];
    IntStream.rangeClosed(0, m).forEach(i -> IntStream.rangeClosed(0, n).forEach(j -> dp[i][j] = Integer.MIN_VALUE));
    IntStream.range(1, m + 1).forEach(i -> {
        IntStream.range(1, n + 1).forEach(j -> {
            dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], dp[i-1][j-1] + nums1[i-1] * nums2[j-1]);
            dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], dp[i-1][j]);
            dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], dp[i][j-1]);
            dp[i][j] = Math.max(dp[i][j], nums1[i-1] * nums2[j-1]);
        });
    });
    return dp[m][n];
}

解释

方法:

题解使用动态规划的方法来求解两个数组的子序列的最大点积。定义 dp[i][j] 表示 nums1 中前 i 个元素和 nums2 中前 j 个元素的最大点积。为了优化空间复杂度,使用一维数组 f[j] 来表示当前行的状态,pre 用来存储上一行的状态。遍历 nums1 和 nums2 的每个元素,计算当前元素对最大点积的贡献,并更新状态。如果数组中全部元素为负数,还考虑了直接取最小值乘以最大值的情况。

时间复杂度:

O(m*n)

空间复杂度:

O(n)

代码细节讲解

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在题解中提到,如果数组中全部元素为负数,会考虑直接取最小值乘以最大值的情况。这种方法是否总是有效?在什么情况下这种方法不适用?
这种方法在数组中的元素符号相反时有效,例如一个数组全为负数,另一个全为正数。这是因为负数和正数相乘会得到最大的负数,而我们需要的是最大的点积(正数)。在这种情况下,选择一个数组的最大负数和另一个数组的最大正数相乘可以得到最大的点积。然而,如果两个数组的符号相同(都是正数或都是负数),这种方法就不适用,因为最小值与最大值相乘不会产生最大点积。此时,应当使用动态规划方法寻找最大点积。
🦆
在动态规划的迭代过程中,使用了 `max(f[j+1], f[j], pre + x1 * x2)` 来更新状态。能否解释这一更新策略背后的逻辑和其如何确保得到最大点积?
在动态规划中,此更新策略的逻辑是考虑所有可能的子序列组合来确保计算的点积是最大的。`f[j+1]` 保留了不包括当前元素`x1`和`x2`的前一个状态的最大点积。`f[j]` 是不包含当前`nums2[j]`的子序列的最大点积。`pre + x1 * x2`则是包括当前两元素点积及之前计算的最大点积的总和。通过比较这三种情况,我们可以确保在每一步都取得当前可能的最大点积,从而最终得到全局的最大点积。
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题解中未明确说明当 nums1 或 nums2 为空数组时该如何处理。这种边界情况应该如何处理以确保程序的鲁棒性?
当 nums1 或 nums2 为空数组时,由于没有元素可用于计算点积,合理的返回值应该是特殊值来表示无法进行点积运算的情况。在许多编程场景中,返回一个特定的错误值或异常会比较合适。例如,可以返回一个特定错误代码或抛出一个异常。如果按照题目的设定,返回点积的最小可能值(例如,整数的最小值)也可以作为一种处理策略。这样,调用者可以通过检查返回值来判断是否发生了边界情况。

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