• [状态压缩dp]Leetcode5.02双周赛 每个人戴不同帽子的方案数


    当时参加周赛的时候没做出来,后来通过看题解,学习到了状态压缩dp,对于这一题是理解了,但是状态压缩dp运用的还不是特别好。记录一下解题过程。

    来源:力扣(LeetCode)
    链接:https://leetcode-cn.com/problems/number-of-ways-to-wear-different-hats-to-each-other
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    题目

    总共有 n 个人和 40 种不同的帽子,帽子编号从 1 到 40 。

    给你一个整数列表的列表 hats ,其中 hats[i] 是第 i 个人所有喜欢帽子的列表。

    请你给每个人安排一顶他喜欢的帽子,确保每个人戴的帽子跟别人都不一样,并返回方案数。

    由于答案可能很大,请返回它对 10^9 + 7 取余后的结果。

    示例 1:

    输入:hats = [[3,4],[4,5],[5]]
    输出:1
    解释:给定条件下只有一种方法选择帽子。
    第一个人选择帽子 3,第二个人选择帽子 4,最后一个人选择帽子 5。

    示例 2:

    输入:hats = [[3,5,1],[3,5]]
    输出:4
    解释:总共有 4 种安排帽子的方法:
    (3,5),(5,3),(1,3) 和 (1,5)

    示例 3:

    输入:hats = [[1,2,3,4],[1,2,3,4],[1,2,3,4],[1,2,3,4]]
    输出:24
    解释:每个人都可以从编号为 1 到 4 的帽子中选。
    (1,2,3,4) 4 个帽子的排列方案数为 24 。

    示例 4:

    输入:hats = [[1,2,3],[2,3,5,6],[1,3,7,9],[1,8,9],[2,5,7]]
    输出:111

    n == hats.length
    1 <= n <= 10
    1 <= hats[i].length <= 40
    1 <= hats[i][j] <= 40
    hats[i] 包含一个数字互不相同的整数列表。

    解题过程

    首先,因为帽子的数量比人的数量多4倍,可以将人匹配帽子的列表转换成帽子可以匹配人的列表,以此来减少状态数量。

    int n = hats.size();
    List<List<Integer>> peo = new ArrayList<>(41);
    for (int i = 0; i < 41; i++) {
        peo.add(new ArrayList<Integer>());
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < hats.get(i).size(); j++) {
            peo.get(hats.get(i).get(j)).add(i);
        }
    }
    

    n是人数,我们用n位来表示所有人是否戴帽子的一种状态,例如n=5,那么10011表示第0、1、4个人戴了帽子,第2、3个人没戴帽子。
    然后维护一个dp[1<<n][41],其中dp[j][i]就是,考虑前i个帽子的情况下,状态为j的分配帽子的可能数
    对于dp[j][i],
    首先如果选择第i个帽子不分配,那么dp[j][i] = dp[j][i-1]
    如果选择第i个帽子分配,那么关注j的状态,例如j状态为10011,那么依次判断每一位为1的,再判断该位的人是否可以戴这顶帽子,如果可以,那么dp[j][i] += dp[j - (1 << k)][i-1],其中k是人的编号。
    所以总的dp转移方程为

    (dp[j][i] = dp[j][i-1] + sum dp[j - (1 << k)][i-1])

    其中k满足((1 << k) & j) != 0且第i个帽子可以分配给第k个人。
    最后dp[(1<<n)-1][40]就是我们要求的答案。
    总代码

    public class Solution {
        public static final int MOD = 1000000007;
        public int numberWays(List<List<Integer>> hats) {
            int n = hats.size();
            List<List<Integer>> peo = new ArrayList<>(41);
            for (int i = 0; i < 41; i++) {
                peo.add(new ArrayList<Integer>());
            }
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                for (int j = 0; j < hats.get(i).size(); j++) {
                    peo.get(hats.get(i).get(j)).add(i);
                }
            }
            int[][] dp = new int[1 << n][41];
            dp[0][0] = 1;
        
            for (int i = 1; i < 41; i++) {
                for (int j = 0; j < (1 << n); j++) {
                    dp[j][i] = dp[j][i-1];
                    for (int k = 0; k < n; k++) {
                        if (((1 << k) & j) != 0){
                            if (peo.get(i).contains(k)){
                                dp[j][i] = (dp[j][i] + dp[j - (1 << k)][i - 1]) % MOD;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return dp[(1 << n) - 1][40];
        }
    }
    
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