2017年12月26日 星期二

b029: 福袋!福袋!

b029: 福袋!福袋!

正誼百貨公司的週年慶到了,該公司推出福袋的促銷活動,除了百萬名車等大獎外,一般福袋則是由5樣商品組成,這5樣商品的價格分別是2元、5元、10元、20元、25元,每包福袋中的每種商品可以放很多個,也可以完全不放,請問以這5種商品要湊出 N 元的福袋,總共有幾種不同的組合。
輸入說明:
輸入一個正整數 N (2<=N<=1000),代表福袋的價值。
輸出說明:
請輸出以這5種商品湊出 N 元的福袋總共有幾種不同的組合。
範例輸入:
輸入1:
10

輸入2:
20
範例輸出 :
輸出1:
3

輸出2:
7

硬幣面值組合問題

問題描述

  假設我們有8種不同面值的硬幣{125102050100200},用這些硬幣組合夠成一個給定的數值n。例如n=200,那麼一種可能的組合方式為 200 = 3 * 1 + 12 + 15 + 220 + 1 * 50 + 1 * 100. 問總過有多少種可能的組合方式? (這道題目來自著名程式設計網站ProjectEuler, 點擊這裡查看原題目) 類似的題目還有:
  [華為面試題] 125分的硬幣三種,組合成1角,共有多少種組合
  [創新工廠筆試題] 1分,2分,5分,10分四種硬幣,每種硬幣數量無限,給定n分錢,有多少中組合可以組成n分錢

問題分析

  給定一個數值sum,假設我們有m種不同類型的硬幣{V1, V2, ..., Vm},如果要組合成sum,那麼我們有
sum = x1 * V1 + x2 * V2 + ... + xm * Vm 
求所有可能的組合數,就是求滿足前面等值的係數{x1, x2, ..., xm}的所有可能個數。
  [思路1] 當然我們可以採用暴力枚舉,各個係數可能的取值無非是x1 = {0, 1, ..., sum / V1}, x2 = {0, 1, ..., sum/ V2}等等。這對於硬幣種類數較小的題目還是可以應付的,比如華為和創新工廠的題目,但是複雜度也很高Osum/V1 * sum/V2 * sum/V3 * ...
  [思路2] 從上面的分析中我們也可以這麼考慮,我們希望用m種硬幣構成sum,根據最後一個硬幣Vm的係數的取值為無非有這麼幾種情況,xm分別取{0, 1, 2, ..., sum/Vm},換句話說,上面分析中的等式和下面的幾個等式的聯合是等價的。
sum = x1 * V1 + x2 * V2 + ... + 0 * Vm
sum = x1 * V1 + x2 * V2 + ... + 1 * Vm
sum = x1 * V1 + x2 * V2 + ... + 2 * Vm
...
sum = x1 * V1 + x2 * V2 + ... + K * Vm  

  其中K是該xm能取的最大數值K = sum / Vm。可是這又有什麼用呢?不要急,我們先進行如下變數的定義:
dp[i][sum] = 用前i種硬幣構成sum 的所有組合數。
  那麼題目的問題實際上就是求dp[m][sum],即用前m種硬幣(所有硬幣)構成sum的所有組合數。在上面的聯合等式中:當xn=0時,有多少種組合呢? 實際上就是前i-1種硬幣組合sum,有dp[i-1][sum]種! xn = 1 時呢,有多少種組合? 實際上是用前i-1種硬幣組合成(sum - Vm)的組合數,有dp[i-1][sum -Vm]; xn =2呢, dp[i-1][sum - 2 * Vm]種,等等。所有的這些情況加起來就是我們的dp[i][sum]。所以:
dp[i][sum] = dp[i-1][sum - 0*Vm] + dp[i-1][sum - 1*Vm]
+ dp[i-1][sum - 2*Vm] + ... + dp[i-1][sum - K*Vm]; 其中K = sum / Vm
  換一種更抽象的數學描述就是:
 

  通過此公式,我們可以看到問題被一步步縮小,那麼初始情況是什麼呢?如果sum=0,那麼無論有前多少種來組合0,只有一種可能,就是各個係數都等於0
dp[i][0] = 1   // i = 0, 1, 2, ... , m
  如果我們用二位元陣列表示dp[i][sum], 我們發現第i行的值全部依賴與i-1行的值,所以我們可以逐行求解該陣列。如果前0種硬幣要組成sum,我們規定為dp[0][sum] = 0. 


#====================================================================
# Dynamic Programming Python implementation of Coin Change problem
def count(S, m, n):
    # We need n+1 rows as the table is consturcted in bottom up
    # manner using the base case 0 value case (n = 0)
    table = [[0 for x in range(m)] for x in range(n+1)]

    # Fill the enteries for 0 value case (n = 0)
    for i in range(m):
        table[0][i] = 1

    # Fill rest of the table enteries in bottom up manner
    for i in range(1, n+1):
        for j in range(m):
            # Count of solutions including S[j]
            x = table[i - S[j]][j] if i-S[j] >= 0 else 0

            # Count of solutions excluding S[j]
            y = table[i][j-1] if j >= 1 else 0

            # total count
            table[i][j] = x + y

    return table[n][m-1]

# Driver program to test above function
arr = [2, 5, 10,20 ,25]
m = len(arr)
print("福袋則是由5樣商品組成,這5樣商品的價格分別是2元、5元、10元、20元、25元,")
print("每包福袋中的每種商品可以放很多個,")
print("也可以完全不放,請問以這5種商品要湊出 N 元的福袋,總共有幾種不同的組合。")
n = int(input("輸入一個正整數 N (2<=N<=1000),代表福袋的價值 : "))
print("這5種商品湊出",n,"元的福袋總共有",count(arr, m, n),"種不同的組合。")


# This code is contributed by Bhavya Jain





====================== RESTART: F:/Python_APSC/b029.py ======================
福袋則是由5樣商品組成,這5樣商品的價格分別是2元、5元、10元、20元、25元,
每包福袋中的每種商品可以放很多個,
也可以完全不放,請問以這5種商品要湊出 N 元的福袋,總共有幾種不同的組合。
輸入一個正整數 N (2<=N<=1000),代表福袋的價值 : 10
這5種商品湊出 10 元的福袋總共有 3 種不同的組合。
>>> 
====================== RESTART: F:/Python_APSC/b029.py ======================
福袋則是由5樣商品組成,這5樣商品的價格分別是2元、5元、10元、20元、25元,
每包福袋中的每種商品可以放很多個,
也可以完全不放,請問以這5種商品要湊出 N 元的福袋,總共有幾種不同的組合。
輸入一個正整數 N (2<=N<=1000),代表福袋的價值 : 20
這5種商品湊出 20 元的福袋總共有 7 種不同的組合。
>>> 
====================== RESTART: F:/Python_APSC/b029.py ======================
福袋則是由5樣商品組成,這5樣商品的價格分別是2元、5元、10元、20元、25元,
每包福袋中的每種商品可以放很多個,
也可以完全不放,請問以這5種商品要湊出 N 元的福袋,總共有幾種不同的組合。
輸入一個正整數 N (2<=N<=1000),代表福袋的價值 : 100
這5種商品湊出 100 元的福袋總共有 273 種不同的組合。
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