279. 完全平方数

2022-10-26 18:16:38 浏览数 (1)

给定正整数 n,找到若干个完全平方数(比如 1, 4, 9, 16, …)使得它们的和等于 n。你需要让组成和的完全平方数的个数最少。

示例 1:

代码语言:javascript复制
输入: n = 12
输出: 3 
解释: 12 = 4   4   4.

示例 2:

代码语言:javascript复制
输入: n = 13
输出: 2
解释: 13 = 4   9.

解:知识点:最短路径-广度优先bfs,需要使用队列。队列的这种写法也是很有趣Queue queue = new LinkedList<>();

对于这个问题建模: 整个问题转化为一个图论问题,从n到0,每个数字表示一个节点,如果有两个数字x到y相差一个完全平方数,则连接一条边,我们得到了一个无权图,原问题转化成,求这个无权图中从n到0的最短路径

也可以使用数学定理解题,可以减少时间复杂度。

  • 四平方定理: 任何一个正整数都可以表示成不超过四个整数的平方之和。
  • 满足四数平方和定理的数n(这里要满足由四个数构成,小于四个不行), 必定满足 n=4a(8b 7)

或者使用动态规划。

下面我们来用bfs解题,以n=13为例,请看下图13开始,第一遍:距离1X1可以到12节点,距离2X2可以到9节点,距离3X3可以到4节点,距离4X4超过13了肯定到不了0节点;第二遍将跨过jXj完全平方数能到达的点加入已清空的队列,再广度遍历,遍历到9节点时,发现有距离是完全平方数3X3可以到达0节点。至此结束,总共2步。

代码语言:javascript复制
class Solution {
    public int numSquares(int n) {
        //Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
        //知识点链表赋值给队列接口,也可以如上使用优先队列
        //对这个有疑问可参考:https://stackoverflow.com/questions/21727873/queueinteger-q-new-linkedlistinteger
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        Set<Integer> set = new HashSet<>();
        int step = 0;
        queue.offer(n);
        while (!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            step  ;
            for (int i = 0; i < size; i  ) {
                int curr = queue.poll();
                if (!set.add(curr)) {
                    continue;
                }
                for (int j = 1; j <= Math.sqrt(curr); j  ) {
                    int next = curr - j * j;
                    if (next == 0) {
                        return step;
                    }
                    queue.offer(next);
                }
            }
        }
        return 0;
    }
}

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