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LC198动态规划线性 DP · 打家劫舍状态表账本

打家劫舍

houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。

题目是什么

houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。

解决什么问题

当前格依赖哪些已知状态,为什么这些状态已经计算完成?

核心结论

dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。

01交互算法精讲

先说结论:这道题到底解决什么

怎样从“houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。”推导出 线性 DP · 打家劫舍,并证明每次状态变化都不会漏掉答案?

中心结论:dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。

读完必须能回答
  1. 1.暴力方案在哪里重复计算,为什么仍然是正确基线?
  2. 2.当前格依赖哪些已知状态,为什么这些状态已经计算完成?
  3. 3.不变量“到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。”为什么能保证算法安全前进?
02交互算法精讲

完整题目与题意拆解

你是一个专业的小偷,计划偷窃沿街的房屋。每间房内都藏有一定的现金,影响你偷窃的唯一制约因素就是相邻的房屋装有相互连通的防盗系统,如果两间相邻的房屋在同一晚上被小偷闯入,系统会自动报警。

给定一个代表每个房屋存放金额的非负整数数组,计算你在不触动警报装置的情况下,能够偷窃到的最高金额。

在本站主例中,houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。

算法最终需要得到或观察:最大 12。

把题目翻译成状态
  • 输入:houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。
  • 机器需要维护:prev1/prev2、i。
  • 最终可观察结果:最大 12。
动画 1 · 题意扫描

先看清算法到底要维护什么

先建立输入、目标、输出和第一批状态,不急着进入模板。

Step 1/20%
题目与输入建立输入、目标与算法心智

相邻不能同时偷

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03交互算法精讲

第一层方案:暴力做法

直接递归会反复求同一个子问题;动态规划把答案写入状态表并按依赖顺序复用。

暴力方案的价值是确认题意并提供正确性基线。它通常会覆盖所有候选, 但没有保存已经确认的信息,因此同一状态会被重新计算。

动画 2 · 暴力重复

重复工作究竟发生在哪里

把重复读取或重复搜索的区域明确标出,再决定优化必须保存什么。

Step 1/20%
先做对:建立暴力基线枚举所有候选并完整验证

相邻不能同时偷

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优化方向:dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。
04交互算法精讲

整体地图:先做什么,再做什么

  1. 1建模把输入翻译成“状态表账本”,明确答案需要观察什么。
  2. 2状态只维护 prev1/prev2、i。
  3. 3转移每一步按照 dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。
  4. 4收尾读取 最大 12。,并复核边界与复杂度。
05交互算法精讲

状态表账本:核心概念

先写清 dp 状态含义,再推导转移、初值和遍历顺序。

这道题不是为了记住一个组件名称,而是为了让状态具有可解释的语义:prev1/prev2、i。

核心不变量
  • 到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。
动画 3 · 核心概念

建立“状态表账本”心智模型

用主例建立核心状态,先预测下一步,再公开正确分支和理由。

Step 1/30%
题目与输入建立输入、目标与算法心智

相邻不能同时偷

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06交互算法精讲

核心机制:状态如何一步步变化

你是一个专业的小偷,打算洗劫一条街的所有房子。每个房子里面有不同价值的宝物,但是如果你选择偷窃连续的 2 栋房子,就会触发警报系统,编程求出你最多可以偷窃价值多少的宝物? 这一题可以用 DP 来解答,也可以用找规律的方法来解答。 DP 的状态定义是:`dp[i]` 代表抢 `nums[0,i]` 这个区间内房子的最大值,状态转移方程是 `dp[i] = max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2])` 。可以优化迭代的过程,用两个临时变量来存储中间结果,以节约辅助空间。

dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。

执行过程中持续维护:prev1/prev2、i。

正确性依赖以下不变量:到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。

面试时可以压缩为:滚动 DP O(n)/O(1)。

落到当前题,执行机制可以压缩为:dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。每一次更新都必须保持核心不变量,而不是只让样例碰巧得到正确答案。

动画 4 · 机制构建

一次状态转移为什么成立

集中观察一次选择、计算和状态写回,让变量变化与原因同时出现。

Step 1/50%
第 0 间:偷 2 vs 不偷 0 → 2cur=max(prev2+nums[i], prev1)

偷第 0 间,加上 prev2

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07交互算法精讲

正确性证明:为什么不会漏答案

初始化

初始化:算法开始时,全部合法候选仍在状态表示范围内;到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。

保持

保持:执行“dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。”时,只删除已经能证明不可能的候选,并把新信息写回 prev1/prev2、i。

终止

终止:没有待处理状态或达到命中条件时,当前可观察结果就是“最大 12。”。

正确性抓手不是“样例跑通”,而是每一帧结束后仍能复述:到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。
08交互算法精讲

完整执行过程

  1. 1题目与输入houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。 因为:dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。
  2. 2dp[i] = 前 i 间能偷的最大金额准备扫描每间房。 因为:偷 i 则不能偷 i-1。
  3. 3第 1 间:偷 7 vs 不偷 2 → 7滚动更新 prev2/prev1。 因为:线性 DP O(n)。
  4. 4预测下一步先不要看下一帧——根据当前不变量,预测算法接下来会怎么动。 因为:主动预测会暴露你对不变量的真实理解,比被动看动画有效得多。
  5. 5第 3 间:偷 10 vs 不偷 11 → 11滚动更新 prev2/prev1。 因为:线性 DP O(n)。
  6. 6第 4 间:偷 12 vs 不偷 11 → 12滚动更新 prev2/prev1。 因为:线性 DP O(n)。
  7. 7dp[i] = 前 i 间能偷的最大金额准备扫描每间房。 因为:偷 i 则不能偷 i-1。
  8. 8收尾与复杂度最大 12。 因为:时间 O(n) · 空间 O(1)。dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。
动画 5 · 完整执行

从输入完整走到可观察结果

从主例第一帧运行到答案,时间轴始终显示当前状态、因果解释和下一步。

Step 1/80%
题目与输入建立输入、目标与算法心智

相邻不能同时偷

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09交互算法精讲

把动画和 Go 代码逐行对应

代码窗口不会按容易漂移的固定数字行号硬绑动画,而是根据当前语义阶段, 在完整 Go 实现中定位选择、计算、写回或返回分支。当前变量与高亮行一起变化。

动画 6 · 代码映射

让每个动作都落到 Go 分支

重新执行关键分支,只显示当前代码附近窗口,并说明这行为什么在此刻运行。

Step 1/60%
dp[i] = 前 i 间能偷的最大金额prev2=0, prev1=0

相邻不能同时偷

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10交互算法精讲

完整 Go 提交代码与最小测试

完整 Go 解法
// 解法一 DP
func rob(nums []int) int {
	n := len(nums)
	if n == 0 {
		return 0
	}
	if n == 1 {
		return nums[0]
	}
	// dp[i] 代表抢 nums[0...i] 房子的最大价值
	dp := make([]int, n)
	dp[0], dp[1] = nums[0], max(nums[1], nums[0])
	for i := 2; i < n; i++ {
		dp[i] = max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2])
	}
	return dp[n-1]
}

func max(a int, b int) int {
	if a > b {
		return a
	}
	return b
}

// 解法二 DP 优化辅助空间,把迭代的值保存在 2 个变量中
func rob198_1(nums []int) int {
	n := len(nums)
	if n == 0 {
		return 0
	}
	curMax, preMax := 0, 0
	for i := 0; i < n; i++ {
		tmp := curMax
		curMax = max(curMax, nums[i]+preMax)
		preMax = tmp
	}
	return curMax
}

// 解法三 模拟
func rob(nums []int) int {
	// a 对于偶数位上的最大值的记录
	// b 对于奇数位上的最大值的记录
	a, b := 0, 0
	for i := 0; i < len(nums); i++ {
		if i%2 == 0 {
			a = max(a+nums[i], b)
		} else {
			b = max(a, b+nums[i])
		}
	}
	return max(a, b)
}
最小测试集合
func main() {
    // 1. 主例
    //    输入:mode="house-robber", nums=[2,7,9,3,1]
    //    期望:最大 12。
    //
    // 2. 失败 / 未命中
    //    检查:相邻约束导致不能简单贪心。
    //
    // 3. 边界
    //    空输入、单元素、最小合法规模,以及答案恰好落在边界的情况。
    //
    // 4. 迁移
    //    LC213 环形;LC337 树
}

Go 参考实现基于 halfrost/LeetCode-Go 的 MIT 许可代码整理,并按本站教学结构补充解释与动画映射。

11交互算法精讲

正确性与复杂度

时间复杂度 O(n)

执行过程中只保留仍可能影响答案的状态。dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。

空间复杂度 O(1)

额外状态主要用于维护:prev1/prev2、i。

终局不变量
  • 到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。
12交互算法精讲

最容易写错的地方

错误 1

相邻约束导致不能简单贪心。

边界复查

必须额外检查空输入、单元素、未命中或不可达情况,以及恰好落在边界的输入。

13交互算法精讲

最后复盘:带走逻辑链

  1. 1题意houses=[2,7,9,3,1],不能偷相邻,最大 2+9+1=12。
  2. 2重复直接递归会反复求同一个子问题;动态规划把答案写入状态表并按依赖顺序复用。
  3. 3优化dp[i]=max(dp[i-1], nums[i]+dp[i-2]);滚动变量。
  4. 4证明到 i 的最优:不偷 i 或 偷 i+前 i-2 最优。
  5. 5复杂度时间 O(n),空间 O(1)
面试表达:滚动 DP O(n)/O(1)。
迁移练习
  • LC213 环形
  • LC337 树