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题目描述

给定一个数组 arr，数组中的每个值都为正整数且不重复。每个值代表一种面值的货币，每种面值的货币可以使用任意张。再给定一个目标金额 aim，要求找出组成 aim 的最少货币数。如果无法组成 aim，则返回 -1。

数据范围：

• 数组大小满足 (0 \leq n \leq 10000)
• 数组中每个数字满足 (0 < val \leq 10000)
• 目标金额满足 (0 \leq aim \leq 5000)

要求：

• 时间复杂度 (O(n \times aim))
• 空间复杂度 (O(aim))

示例

示例1

输入：

[5, 2, 3], 20

返回值：

4

说明：

• 使用 4 张货币（5 + 5 + 5 + 5）可以组成 20。

示例2

输入：

[5, 2, 3], 0

返回值：

0

说明：

• 目标金额为 0，不需要任何货币。

示例3

输入：

[3, 5], 2

返回值：

-1

说明：

• 无法用给定的货币组成 2。

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参考视频

题解

动态规划

我们可以使用动态规划来解决这个问题。设 dp[i] 表示组成金额 i 所需的最少货币数。状态转移方程如下：

1. 对于每个金额 i，遍历所有货币面值 arr[j]。
2. 如果 i >= arr[j]，则 dp[i] = min(dp[i], dp[i - arr[j]] + 1)。

边界条件：

• dp[0] = 0，表示组成金额 0 不需要任何货币。
• 其他 dp[i] 初始化为一个较大的值（如 5001），表示暂时无法组成该金额。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>/*** 动态规划求解最少货币数* * @param arr int整型一维数组，表示货币的面值* @param arrLen int，表示货币数组的长度* @param aim int整型，表示目标金额* @return int整型，表示组成目标金额的最少货币数，如果无法组成则返回-1*/
int minMoney(int* arr, int arrLen, int aim) {// 分配动态规划数组，dp[i] 表示组成金额 i 所需的最少货币数int* dp = (int*)malloc((aim + 1) * sizeof(int));if (dp == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");exit(1);}// 初始化动态规划数组，将所有值设置为一个较大的数（5001，因为题目中 aim 最大为 5000）for (int i = 0; i <= aim; i++) {dp[i] = 5001;}// 组成金额 0 所需的货币数为 0dp[0] = 0;// 动态规划计算每个金额的最少货币数for (int i = 1; i <= aim; i++) {for (int j = 0; j < arrLen; j++) {// 如果当前金额 i 大于等于货币面值 arr[j],以防止dp[i - arr[j]]越界if (i >= arr[j]) {// 如果 dp[i - arr[j]] 是有效的（不是初始值 5001）if (dp[i - arr[j]] != 5001) {// 更新 dp[i] 为 dp[i - arr[j]] + 1 和当前 dp[i] 的最小值dp[i] = (dp[i] < dp[i - arr[j]] + 1) ? dp[i] : dp[i - arr[j]] + 1;}}}}// 如果 dp[aim] 仍然是初始值 5001，表示无法组成金额 aim，返回 -1int result = (dp[aim] == 5001) ? -1 : dp[aim];// 释放动态规划数组free(dp);// 返回结果return result;
}int main() {int arr[] = {5, 2, 3}; // 货币面值数组int arrLen = 3;        // 货币面值数组的长度int aim = 20;          // 目标金额int result = minMoney(arr, arrLen, aim); // 调用函数计算最少货币数printf("Minimum number of coins: %d\n", result); // 打印结果return 0;
}

复杂度分析

• 时间复杂度：(O(n \times aim))，其中 (n) 是货币数组的长度，aim 是目标金额。我们需要遍历每个金额和每种货币面值。
• 空间复杂度：(O(aim))，用于存储动态规划数组 dp。

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总结

本题通过动态规划的方法，将问题分解为子问题，逐步求解。通过状态转移方程，我们可以高效地计算出组成目标金额的最少货币数。如果无法组成目标金额，则返回 -1。