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Yudong Jin
2026-03-30 07:30:15 +08:00
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commit d7b2277d2b
1444 changed files with 83312 additions and 8363 deletions
@@ -0,0 +1,44 @@
// File: climbing_stairs_backtrack.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// バックトラッキング
fn backtrack(choices: []i32, state: i32, n: i32, res: std.ArrayList(i32)) void {
// 第 n 段に到達したら、方法数を 1 増やす
if (state == n) {
res.items[0] = res.items[0] + 1;
}
// すべての選択肢を走査
for (choices) |choice| {
// 枝刈り: 第 n 段を超えないようにする
if (state + choice > n) {
continue;
}
// 試行: 選択を行い、状態を更新
backtrack(choices, state + choice, n, res);
// バックトラック
}
}
// 階段登り:バックトラッキング
fn climbingStairsBacktrack(n: usize) !i32 {
var choices = [_]i32{ 1, 2 }; // 1 段または 2 段上ることを選べる
var state: i32 = 0; // 第 0 段から上り始める
var res = std.ArrayList(i32).init(std.heap.page_allocator);
defer res.deinit();
try res.append(0); // res[0] を使って方法数を記録する
backtrack(&choices, state, @intCast(n), res);
return res.items[0];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
var n: usize = 9;
var res = try climbingStairsBacktrack(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,35 @@
// File: climbing_stairs_constraint_dp.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 制約付き階段登り:動的計画法
fn climbingStairsConstraintDP(comptime n: usize) i32 {
if (n == 1 or n == 2) {
return 1;
}
// 部分問題の解を保存するために dp テーブルを初期化
var dp = [_][3]i32{ [_]i32{ -1, -1, -1 } } ** (n + 1);
// 初期状態:最小部分問題の解をあらかじめ設定
dp[1][1] = 1;
dp[1][2] = 0;
dp[2][1] = 0;
dp[2][2] = 1;
// 状態遷移:小さい部分問題から大きい部分問題へ順に解く
for (3..n + 1) |i| {
dp[i][1] = dp[i - 1][2];
dp[i][2] = dp[i - 2][1] + dp[i - 2][2];
}
return dp[n][1] + dp[n][2];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var n: usize = 9;
var res = climbingStairsConstraintDP(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,31 @@
// File: climbing_stairs_dfs.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 検索
fn dfs(i: usize) i32 {
// dp[1] と dp[2] は既知なので返す
if (i == 1 or i == 2) {
return @intCast(i);
}
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
var count = dfs(i - 1) + dfs(i - 2);
return count;
}
// 階段登り:探索
fn climbingStairsDFS(comptime n: usize) i32 {
return dfs(n);
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var n: usize = 9;
var res = climbingStairsDFS(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,39 @@
// File: climbing_stairs_dfs_mem.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// メモ化探索
fn dfs(i: usize, mem: []i32) i32 {
// dp[1] と dp[2] は既知なので返す
if (i == 1 or i == 2) {
return @intCast(i);
}
// dp[i] の記録があれば、それをそのまま返す
if (mem[i] != -1) {
return mem[i];
}
// dp[i] = dp[i-1] + dp[i-2]
var count = dfs(i - 1, mem) + dfs(i - 2, mem);
// dp[i] を記録する
mem[i] = count;
return count;
}
// 階段登り:メモ化探索
fn climbingStairsDFSMem(comptime n: usize) i32 {
// mem[i] は第 i 段まで上る方法の総数を記録し、-1 は未記録を表す
var mem = [_]i32{ -1 } ** (n + 1);
return dfs(n, &mem);
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var n: usize = 9;
var res = climbingStairsDFSMem(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,51 @@
// File: climbing_stairs_dp.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 階段登り:動的計画法
fn climbingStairsDP(comptime n: usize) i32 {
// dp[1] と dp[2] は既知なので返す
if (n == 1 or n == 2) {
return @intCast(n);
}
// 部分問題の解を保存するために dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{-1} ** (n + 1);
// 初期状態:最小部分問題の解をあらかじめ設定
dp[1] = 1;
dp[2] = 2;
// 状態遷移:小さい部分問題から大きい部分問題へ順に解く
for (3..n + 1) |i| {
dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
}
return dp[n];
}
// 階段登り:空間最適化した動的計画法
fn climbingStairsDPComp(comptime n: usize) i32 {
if (n == 1 or n == 2) {
return @intCast(n);
}
var a: i32 = 1;
var b: i32 = 2;
for (3..n + 1) |_| {
var tmp = b;
b = a + b;
a = tmp;
}
return b;
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var n: usize = 9;
var res = climbingStairsDP(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
res = climbingStairsDPComp(n);
std.debug.print("{} 段の階段を上る方法は全部で {} 通り\n", .{ n, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,77 @@
// File: coin_change.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// コイン両替:動的計画法
fn coinChangeDP(comptime coins: []i32, comptime amt: usize) i32 {
comptime var n = coins.len;
comptime var max = amt + 1;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_][amt + 1]i32{[_]i32{0} ** (amt + 1)} ** (n + 1);
// 状態遷移:先頭行と先頭列
for (1..amt + 1) |a| {
dp[0][a] = max;
}
// 状態遷移: 残りの行と列
for (1..n + 1) |i| {
for (1..amt + 1) |a| {
if (coins[i - 1] > @as(i32, @intCast(a))) {
// 目標金額を超えるなら硬貨 i は選ばない
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 硬貨 i を選ばない場合と選ぶ場合の小さい方
dp[i][a] = @min(dp[i - 1][a], dp[i][a - @as(usize, @intCast(coins[i - 1]))] + 1);
}
}
}
if (dp[n][amt] != max) {
return @intCast(dp[n][amt]);
} else {
return -1;
}
}
// コイン交換:空間最適化後の動的計画法
fn coinChangeDPComp(comptime coins: []i32, comptime amt: usize) i32 {
comptime var n = coins.len;
comptime var max = amt + 1;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{0} ** (amt + 1);
@memset(&dp, max);
dp[0] = 0;
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..amt + 1) |a| {
if (coins[i - 1] > @as(i32, @intCast(a))) {
// 目標金額を超えるなら硬貨 i は選ばない
dp[a] = dp[a];
} else {
// 硬貨 i を選ばない場合と選ぶ場合の小さい方
dp[a] = @min(dp[a], dp[a - @as(usize, @intCast(coins[i - 1]))] + 1);
}
}
}
if (dp[amt] != max) {
return @intCast(dp[amt]);
} else {
return -1;
}
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var coins = [_]i32{ 1, 2, 5 };
comptime var amt: usize = 4;
// 動的計画法
var res = coinChangeDP(&coins, amt);
std.debug.print("目標金額にするために必要な最小の硬貨枚数は {}\n", .{res});
// 空間最適化後の動的計画法
res = coinChangeDPComp(&coins, amt);
std.debug.print("目標金額にするために必要な最小の硬貨枚数は {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,66 @@
// File: coin_change_ii.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// コイン両替 II:動的計画法
fn coinChangeIIDP(comptime coins: []i32, comptime amt: usize) i32 {
comptime var n = coins.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_][amt + 1]i32{[_]i32{0} ** (amt + 1)} ** (n + 1);
// 先頭列を初期化する
for (0..n + 1) |i| {
dp[i][0] = 1;
}
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..amt + 1) |a| {
if (coins[i - 1] > @as(i32, @intCast(a))) {
// 目標金額を超えるなら硬貨 i は選ばない
dp[i][a] = dp[i - 1][a];
} else {
// 硬貨 i を選ばない場合と選ぶ場合の小さい方
dp[i][a] = dp[i - 1][a] + dp[i][a - @as(usize, @intCast(coins[i - 1]))];
}
}
}
return dp[n][amt];
}
// コイン両替 II:空間最適化した動的計画法
fn coinChangeIIDPComp(comptime coins: []i32, comptime amt: usize) i32 {
comptime var n = coins.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{0} ** (amt + 1);
dp[0] = 1;
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..amt + 1) |a| {
if (coins[i - 1] > @as(i32, @intCast(a))) {
// 目標金額を超えるなら硬貨 i は選ばない
dp[a] = dp[a];
} else {
// 硬貨 i を選ばない場合と選ぶ場合の小さい方
dp[a] = dp[a] + dp[a - @as(usize, @intCast(coins[i - 1]))];
}
}
}
return dp[amt];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var coins = [_]i32{ 1, 2, 5 };
comptime var amt: usize = 5;
// 動的計画法
var res = coinChangeIIDP(&coins, amt);
std.debug.print("目標金額を作る硬貨の組合せ数は {}\n", .{res});
// 空間最適化後の動的計画法
res = coinChangeIIDPComp(&coins, amt);
std.debug.print("目標金額を作る硬貨の組合せ数は {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,146 @@
// File: edit_distance.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 編集距離:総当たり探索
fn editDistanceDFS(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8, i: usize, j: usize) i32 {
// s と t がともに空なら 0 を返す
if (i == 0 and j == 0) {
return 0;
}
// s が空なら t の長さを返す
if (i == 0) {
return @intCast(j);
}
// t が空なら s の長さを返す
if (j == 0) {
return @intCast(i);
}
// 2 つの文字が等しければ、その 2 文字をそのままスキップする
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
}
// 最小編集回数 = 挿入・削除・置換の 3 操作における最小編集回数 + 1
var insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
var delete = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
var replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
// 最小編集回数を返す
return @min(@min(insert, delete), replace) + 1;
}
// 編集距離:メモ化探索
fn editDistanceDFSMem(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8, mem: anytype, i: usize, j: usize) i32 {
// s と t がともに空なら 0 を返す
if (i == 0 and j == 0) {
return 0;
}
// s が空なら t の長さを返す
if (i == 0) {
return @intCast(j);
}
// t が空なら s の長さを返す
if (j == 0) {
return @intCast(i);
}
// 記録済みなら、それをそのまま返す
if (mem[i][j] != -1) {
return mem[i][j];
}
// 2 つの文字が等しければ、その 2 文字をそのままスキップする
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
return editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
}
// 最小編集回数 = 挿入・削除・置換の 3 操作における最小編集回数 + 1
var insert = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j - 1);
var delete = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j);
var replace = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
// 最小編集回数を記録して返す
mem[i][j] = @min(@min(insert, delete), replace) + 1;
return mem[i][j];
}
// 編集距離:動的計画法
fn editDistanceDP(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_][m + 1]i32{[_]i32{0} ** (m + 1)} ** (n + 1);
// 状態遷移:先頭行と先頭列
for (1..n + 1) |i| {
dp[i][0] = @intCast(i);
}
for (1..m + 1) |j| {
dp[0][j] = @intCast(j);
}
// 状態遷移: 残りの行と列
for (1..n + 1) |i| {
for (1..m + 1) |j| {
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 2 つの文字が等しければ、その 2 文字をそのままスキップする
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
} else {
// 最小編集回数 = 挿入・削除・置換の 3 操作における最小編集回数 + 1
dp[i][j] = @min(@min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
}
}
}
return dp[n][m];
}
// 編集距離:空間最適化した動的計画法
fn editDistanceDPComp(comptime s: []const u8, comptime t: []const u8) i32 {
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
var dp = [_]i32{0} ** (m + 1);
// 状態遷移:先頭行
for (1..m + 1) |j| {
dp[j] = @intCast(j);
}
// 状態遷移:残りの行
for (1..n + 1) |i| {
// 状態遷移:先頭列
var leftup = dp[0]; // dp[i-1, j-1] を一時保存する
dp[0] = @intCast(i);
// 状態遷移:残りの列
for (1..m + 1) |j| {
var temp = dp[j];
if (s[i - 1] == t[j - 1]) {
// 2 つの文字が等しければ、その 2 文字をそのままスキップする
dp[j] = leftup;
} else {
// 最小編集回数 = 挿入・削除・置換の 3 操作における最小編集回数 + 1
dp[j] = @min(@min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
}
leftup = temp; // 次の反復の dp[i-1, j-1] に更新する
}
}
return dp[m];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
const s = "bag";
const t = "pack";
comptime var n = s.len;
comptime var m = t.len;
// 全探索
var res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
std.debug.print("{s} を {s} に変更するには最小で {} 回の編集が必要です\n", .{ s, t, res });
// メモ化探索
var mem = [_][m + 1]i32{[_]i32{-1} ** (m + 1)} ** (n + 1);
res = editDistanceDFSMem(s, t, @constCast(&mem), n, m);
std.debug.print("{s} を {s} に変更するには最小で {} 回の編集が必要です\n", .{ s, t, res });
// 動的計画法
res = editDistanceDP(s, t);
std.debug.print("{s} を {s} に変更するには最小で {} 回の編集が必要です\n", .{ s, t, res });
// 空間最適化後の動的計画法
res = editDistanceDPComp(s, t);
std.debug.print("{s} を {s} に変更するには最小で {} 回の編集が必要です\n", .{ s, t, res });
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,110 @@
// File: knapsack.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 0-1 ナップサック:総当たり探索
fn knapsackDFS(wgt: []i32, val: []i32, i: usize, c: usize) i32 {
// すべての品物を選び終えたか、ナップサックに残り容量がなければ、価値 0 を返す
if (i == 0 or c == 0) {
return 0;
}
// ナップサック容量を超える場合は、入れない選択しかできない
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
}
// 品物 i を入れない場合と入れる場合の最大価値を計算する
var no = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c);
var yes = knapsackDFS(wgt, val, i - 1, c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))) + val[i - 1];
// 2つの案のうち価値が大きいほうを返す
return @max(no, yes);
}
// 0-1 ナップサック:メモ化探索
fn knapsackDFSMem(wgt: []i32, val: []i32, mem: anytype, i: usize, c: usize) i32 {
// すべての品物を選び終えたか、ナップサックに残り容量がなければ、価値 0 を返す
if (i == 0 or c == 0) {
return 0;
}
// 既に記録があればそのまま返す
if (mem[i][c] != -1) {
return mem[i][c];
}
// ナップサック容量を超える場合は、入れない選択しかできない
if (wgt[i - 1] > c) {
return knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
}
// 品物 i を入れない場合と入れる場合の最大価値を計算する
var no = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c);
var yes = knapsackDFSMem(wgt, val, mem, i - 1, c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))) + val[i - 1];
// 2 つの案のうち価値が大きい方を記録して返す
mem[i][c] = @max(no, yes);
return mem[i][c];
}
// 0-1 ナップサック:動的計画法
fn knapsackDP(comptime wgt: []i32, val: []i32, comptime cap: usize) i32 {
comptime var n = wgt.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_][cap + 1]i32{[_]i32{0} ** (cap + 1)} ** (n + 1);
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..cap + 1) |c| {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサック容量を超えるなら品物 i は選ばない
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きい方
dp[i][c] = @max(dp[i - 1][c], dp[i - 1][c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
// 0-1 ナップサック:空間最適化後の動的計画法
fn knapsackDPComp(wgt: []i32, val: []i32, comptime cap: usize) i32 {
var n = wgt.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{0} ** (cap + 1);
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
// 逆順に走査する
var c = cap;
while (c > 0) : (c -= 1) {
if (wgt[i - 1] < c) {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きい方
dp[c] = @max(dp[c], dp[c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var wgt = [_]i32{ 10, 20, 30, 40, 50 };
comptime var val = [_]i32{ 50, 120, 150, 210, 240 };
comptime var cap = 50;
comptime var n = wgt.len;
// 全探索
var res = knapsackDFS(&wgt, &val, n, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
// メモ化探索
var mem = [_][cap + 1]i32{[_]i32{-1} ** (cap + 1)} ** (n + 1);
res = knapsackDFSMem(&wgt, &val, @constCast(&mem), n, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
// 動的計画法
res = knapsackDP(&wgt, &val, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
// 空間最適化後の動的計画法
res = knapsackDPComp(&wgt, &val, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,54 @@
// File: min_cost_climbing_stairs_dp.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 階段登りの最小コスト:動的計画法
fn minCostClimbingStairsDP(comptime cost: []i32) i32 {
comptime var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
// 部分問題の解を保存するために dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{-1} ** (n + 1);
// 初期状態:最小部分問題の解をあらかじめ設定
dp[1] = cost[1];
dp[2] = cost[2];
// 状態遷移:小さい部分問題から大きい部分問題へ順に解く
for (3..n + 1) |i| {
dp[i] = @min(dp[i - 1], dp[i - 2]) + cost[i];
}
return dp[n];
}
// 階段昇りの最小コスト:空間最適化後の動的計画法
fn minCostClimbingStairsDPComp(cost: []i32) i32 {
var n = cost.len - 1;
if (n == 1 or n == 2) {
return cost[n];
}
var a = cost[1];
var b = cost[2];
// 状態遷移:小さい部分問題から大きい部分問題へ順に解く
for (3..n + 1) |i| {
var tmp = b;
b = @min(a, tmp) + cost[i];
a = tmp;
}
return b;
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var cost = [_]i32{ 0, 1, 10, 1, 1, 1, 10, 1, 1, 10, 1 };
std.debug.print("入力された階段のコストのリストは {any}\n", .{cost});
var res = minCostClimbingStairsDP(&cost);
std.debug.print("入力された階段のコストのリストは {}\n", .{res});
res = minCostClimbingStairsDPComp(&cost);
std.debug.print("入力された階段のコストのリストは {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,122 @@
// File: min_path_sum.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 最小経路和:全探索
fn minPathSumDFS(grid: anytype, i: i32, j: i32) i32 {
// 左上のセルなら探索を終了する
if (i == 0 and j == 0) {
return grid[0][0];
}
// 行または列のインデックスが範囲外なら、コスト +∞ を返す
if (i < 0 or j < 0) {
return std.math.maxInt(i32);
}
// 左上から (i-1, j) および (i, j-1) までの最小経路コストを計算する
var up = minPathSumDFS(grid, i - 1, j);
var left = minPathSumDFS(grid, i, j - 1);
// 左上隅から (i, j) までの最小経路コストを返す
return @min(left, up) + grid[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))];
}
// 最小経路和:メモ化探索
fn minPathSumDFSMem(grid: anytype, mem: anytype, i: i32, j: i32) i32 {
// 左上のセルなら探索を終了する
if (i == 0 and j == 0) {
return grid[0][0];
}
// 行または列のインデックスが範囲外なら、コスト +∞ を返す
if (i < 0 or j < 0) {
return std.math.maxInt(i32);
}
// 既に記録があればそのまま返す
if (mem[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))] != -1) {
return mem[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))];
}
// 左上から (i-1, j) および (i, j-1) までの最小経路コストを計算する
var up = minPathSumDFSMem(grid, mem, i - 1, j);
var left = minPathSumDFSMem(grid, mem, i, j - 1);
// 左上隅から (i, j) までの最小経路コストを返す
// 左上隅から (i, j) までの最小経路コストを記録して返す
mem[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))] = @min(left, up) + grid[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))];
return mem[@as(usize, @intCast(i))][@as(usize, @intCast(j))];
}
// 最小経路和:動的計画法
fn minPathSumDP(comptime grid: anytype) i32 {
comptime var n = grid.len;
comptime var m = grid[0].len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_][m]i32{[_]i32{0} ** m} ** n;
dp[0][0] = grid[0][0];
// 状態遷移:先頭行
for (1..m) |j| {
dp[0][j] = dp[0][j - 1] + grid[0][j];
}
// 状態遷移:先頭列
for (1..n) |i| {
dp[i][0] = dp[i - 1][0] + grid[i][0];
}
// 状態遷移: 残りの行と列
for (1..n) |i| {
for (1..m) |j| {
dp[i][j] = @min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[n - 1][m - 1];
}
// 最小経路和:空間最適化後の動的計画法
fn minPathSumDPComp(comptime grid: anytype) i32 {
comptime var n = grid.len;
comptime var m = grid[0].len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{0} ** m;
// 状態遷移:先頭行
dp[0] = grid[0][0];
for (1..m) |j| {
dp[j] = dp[j - 1] + grid[0][j];
}
// 状態遷移:残りの行
for (1..n) |i| {
// 状態遷移:先頭列
dp[0] = dp[0] + grid[i][0];
for (1..m) |j| {
dp[j] = @min(dp[j - 1], dp[j]) + grid[i][j];
}
}
return dp[m - 1];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var grid = [_][4]i32{
[_]i32{ 1, 3, 1, 5 },
[_]i32{ 2, 2, 4, 2 },
[_]i32{ 5, 3, 2, 1 },
[_]i32{ 4, 3, 5, 2 },
};
comptime var n = grid.len;
comptime var m = grid[0].len;
// 全探索
var res = minPathSumDFS(&grid, n - 1, m - 1);
std.debug.print("左上から右下までの最小経路和は {}\n", .{res});
// メモ化探索
var mem = [_][m]i32{[_]i32{-1} ** m} ** n;
res = minPathSumDFSMem(&grid, &mem, n - 1, m - 1);
std.debug.print("左上から右下までの最小経路和は {}\n", .{res});
// 動的計画法
res = minPathSumDP(&grid);
std.debug.print("左上から右下までの最小経路和は {}\n", .{res});
// 空間最適化後の動的計画法
res = minPathSumDPComp(&grid);
std.debug.print("左上から右下までの最小経路和は {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}
@@ -0,0 +1,62 @@
// File: unbounded_knapsack.zig
// Created Time: 2023-07-15
// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
const std = @import("std");
// 完全ナップサック問題:動的計画法
fn unboundedKnapsackDP(comptime wgt: []i32, val: []i32, comptime cap: usize) i32 {
comptime var n = wgt.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_][cap + 1]i32{[_]i32{0} ** (cap + 1)} ** (n + 1);
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..cap + 1) |c| {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサック容量を超えるなら品物 i は選ばない
dp[i][c] = dp[i - 1][c];
} else {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きい方
dp[i][c] = @max(dp[i - 1][c], dp[i][c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[n][cap];
}
// 完全ナップサック問題:空間最適化後の動的計画法
fn unboundedKnapsackDPComp(comptime wgt: []i32, val: []i32, comptime cap: usize) i32 {
comptime var n = wgt.len;
// dp テーブルを初期化
var dp = [_]i32{0} ** (cap + 1);
// 状態遷移
for (1..n + 1) |i| {
for (1..cap + 1) |c| {
if (wgt[i - 1] > c) {
// ナップサック容量を超えるなら品物 i は選ばない
dp[c] = dp[c];
} else {
// 品物 i を選ばない場合と選ぶ場合の大きい方
dp[c] = @max(dp[c], dp[c - @as(usize, @intCast(wgt[i - 1]))] + val[i - 1]);
}
}
}
return dp[cap];
}
// Driver Code
pub fn main() !void {
comptime var wgt = [_]i32{ 1, 2, 3 };
comptime var val = [_]i32{ 5, 11, 15 };
comptime var cap = 4;
// 動的計画法
var res = unboundedKnapsackDP(&wgt, &val, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
// 空間最適化後の動的計画法
res = unboundedKnapsackDPComp(&wgt, &val, cap);
std.debug.print("ナップサック容量を超えない最大価値は {}\n", .{res});
_ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
}