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Coin Change II 动态规划解法中的记忆化失效问题解析

轻浩姑娘_1323

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发布时间:2026-11-03 10:50:11

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来源于php中文网

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Coin Change II 动态规划解法中的记忆化失效问题解析

本文揭示了 leetcode 518 题常见递归+记忆化实现中因未正确更新 dp 表导致 tle 的核心原因,并通过代码对比与原理分析,说明如何确保记忆化真正生效。

本文揭示了 leetcode 518 题常见递归+记忆化实现中因未正确更新 dp 表导致 tle 的核心原因,并通过代码对比与原理分析,说明如何确保记忆化真正生效。

在解决「Coin Change II」(求组成目标金额的硬币组合数)问题时,采用带记忆化的深度优先搜索(DFS + memoization)是一种直观思路。但实践中,仅声明 DP 数组并检查缓存是不够的——必须确保每次计算结果都写回 DP 表,否则记忆化形同虚设,时间复杂度将退化为指数级。

我们来看原始低效版本的关键缺陷:

public int func(int[] arr, int sum, int i, int[][] dp) {
    if (i >= arr.length) return 0;
    if (sum == 0) return 1;
    if (sum < 0) return 0;
    if (dp[i][sum] != -1) return dp[i][sum]; // ✅ 检查缓存(正确)

    int t = func(arr, sum - arr[i], i, dp);     // 选当前硬币(可重复选)
    int nt = func(arr, sum, i + 1, dp);         // 不选当前硬币(换下一个)

    return t + nt; // ❌ 错误:未写入 dp[i][sum],下次调用仍会重复计算!
}

该实现虽在入口处检查 dp[i][sum],却在返回前遗漏了对 dp[i][sum] 的赋值。这意味着:

  • 同一 (i, sum) 状态可能被反复递归计算数十甚至数百次;
  • 对于 amount = 500、coins = [3,5,7,8,9,10,11] 这类输入,状态空间虽为 O(n × amount) = 7×501 ≈ 3500,但无有效缓存时实际调用次数呈指数爆炸(如 func(..., 500, 0) → func(..., 497, 0) → func(..., 494, 0) …),远超时限。

✅ 正确做法是:在计算完成后立即写入 DP 表,与第二个高效版本保持一致:

public int func(int[] arr, int sum, int i, int[][] dp) {
    if (i >= arr.length) return 0;
    if (sum == 0) return 1;
    if (sum < 0) return 0;
    if (dp[i][sum] != -1) return dp[i][sum];

    int t = func(arr, sum - arr[i], i, dp);
    int nt = func(arr, sum, i + 1, dp);

    dp[i][sum] = t + nt; // ✅ 关键修复:写回结果
    return dp[i][sum];
}

? 为什么第二个版本“碰巧”高效?
它采用“从 start 开始遍历所有后续硬币”的递归逻辑,并在循环结束后统一赋值 dp[start][sum] = s。虽然结构不同,但其严格保证每个状态只计算一次且结果必存入 DP 表,因此成功规避了重复计算。

? 额外建议:优化空间与逻辑清晰性

  • 使用 Integer[][] dp 可避免 -1 初始化歧义(null 明确表示未计算);
  • 更推荐标准的二维 DP 迭代解法(外层遍历硬币,内层遍历金额),时间 O(n×amount)、空间 O(amount),无递归开销且逻辑更稳健:
public int change(int amount, int[] coins) {
    int[] dp = new int[amount + 1];
    dp[0] = 1; // 金额0有1种组合(空集)
    for (int coin : coins) {
        for (int j = coin; j <= amount; j++) {
            dp[j] += dp[j - coin];
        }
    }
    return dp[amount];
}

总结:记忆化递归的正确性不在于“是否声明了 DP 数组”,而在于每个子问题的结果是否被可靠地缓存并复用。漏写 dp[i][sum] = result 是导致 TLE 的典型低级错误,务必在返回前完成赋值。

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