【Leetcode】经典落蛋问题

这道题曾经是谷歌的一道面试题,因为太过于经典,以至于谷歌取消了这道面试题。。。

1. 题目描述

给你 k 枚相同的鸡蛋,并可以使用一栋从第 1 层到第 n 层共有 n 层楼的建筑。

已知存在楼层 f ,满足 0 <= f <= n ,任何从 高于 f 的楼层落下的鸡蛋都会碎,从 f 楼层或比它低的楼层落下的鸡蛋都不会破。

每次操作,你可以取一枚没有碎的鸡蛋并把它从任一楼层 x 扔下(满足 1 <= x <= n)。如果鸡蛋碎了,你就不能再次使用它。如果某枚鸡蛋扔下后没有摔碎,则可以在之后的操作中 重复使用 这枚鸡蛋。

请你计算并返回要确定 f 确切的值 的 最小操作次数 是多少?

2. 题目解析

首先要理解题目,简单意思就是给你 k 个鸡蛋去一栋 n 层楼中找出最高的一层落下鸡蛋而不破。

在数列中找目标,第一反应都会想到二分法,但仔细一想,不对,因为鸡蛋数量有限!比如说有 5 层楼 1 个鸡蛋,你怎么二分?你在 3 层楼扔下如果破了呢?你没有鸡蛋再去尝试了,所以这题单纯用二分法肯定不行。

既然一下子找不到方法,那我们先一步步分析。

假设给你 1 个鸡蛋,你怎么能找出目标楼层?简单,从第 1 层开始一层层往上试就是了,极端情况下,我们的最少操作次数就是楼层高度 n。

假设给你 2 个鸡蛋,这次又该怎么找?还是一层层往上找?肯定不合适,我们可以先用一个鸡蛋去试楼层 i,如果破了,那么目标肯定 < i,如果没破,目标肯定 >= i;最后 1 个鸡蛋再重复上面的线性扫描方式。

假设给你 3 个鸡蛋,基本重复 2 个鸡蛋的情况。先用 1 个鸡蛋去试楼层 i,如果破了,在剩下的 < i 的楼层中继续用 1 个鸡蛋去尝试楼层 j,然后最后的 1 个鸡蛋根据结果进行线性扫描。

扩展到 k 个鸡蛋,也是上述思想,用 k - 1 个鸡蛋进行区间划分尝试,最后的 1 个鸡蛋进行线性扫描。

3. 思路分析

上面的分析虽然让我们知道了解题方向,但是具体的方法,我们仍然不清楚。

这里我们不妨转换下思路,原题目是“求解找到目标 f 的最小操作次数”,如果我们换成“给你 k 个鸡蛋、t 次尝试,你能确定多少层楼落下鸡蛋而不破?”,通过递增 t 值,得到一个值,这个值刚好 >= n,那么这个 t 不就是我们要找的最少操作次数吗?

我们定义这个函数为 calc(k, t),当你去尝试某个楼层 i,会产生两者结果,一种是蛋碎了,下一步就要下楼,继续计算能确定的楼层 calc(k -1, t -1);另外一种是蛋没碎,我们上楼,计算式 calc(k, t -1)。

不管当前楼层蛋碎没碎,当前楼层都已经确定,然后再加上碎或者没碎的计算值,就是 k 个鸡蛋、t 次机会所能确定的最大楼层。

4. 算法实现

思路有了,剩下的就是简单的代码实现,主要要注意两点:

  • 递归求值时不能忘了当前楼层,因为不管碎没碎,楼层都已经确定。
  • 求解的确定楼层数一定要是大于等于 n 的最小值。
function calc(k, t) {
    // 如果只剩一个鸡蛋,只能用剩下操作的次数做线性扫描
    // 如果只剩下一次机会,那也只能确定一个楼层
    if (k === 1 || t === 1) return t
    // 分别计算当前楼层两种结果下的确定楼层数,并求和
    // 别忘了当前楼层要加1
    return calc(k - 1, t - 1) + calc(k, t - 1) + 1
}

function superEggDrop(k, n) {
    let t = 1;
    while(calc(k, t) < n) t++
    return t
}

5. 总结

这道题目真的很经典,不过通过思路转换的方式,也能用递归的方式进行求解。

不过这个解不是最优解,首先就不应该每次都从只有 1 次操作机会开始,而且 calc 的计算也存在重复计算,不过那都是进阶思考了,今天我就先到这里吧。