题目描述

我们可以用 2 * 1 的小矩形横着或者竖着去覆盖更大的矩形。请问用n个 2 * 1 的小矩形无重叠地覆盖一个2 * n的大矩形,总共有多少种方法?

比如n=3时,2 * 3 的矩形块有3种覆盖方法:

思路及解答

我们需要用若干个2×1的小矩形(可以横放或竖放)无重叠地覆盖一个2×n的大矩形,求总共有多少种不同的覆盖方法。例如当n=3时,共有3种覆盖方法。

通过观察小规模案例,我们可以发现:

  • n=1时,只有1种方法(竖放)

  • n=2时,有2种方法(两个竖放或两个横放)

  • n=3时,有3种方法

  • n=4时,有5种方法

显然,这形成了一个类似斐波那契数列的规律:f(n) = f(n-1) + f(n-2)。这一题其实和上面青蛙跳台阶和斐波那契数列是一样的,变的只是场景。

递归

递归是解决这类问题最直观的方法。对于2×n的矩形,我们考虑第一块小矩形的放置方式:

  1. 如果竖着放,则剩下的部分是2×(n-1)的矩形,有f(n-1)种方法

  2. 如果横着放,则下方也必须横放一块,剩下的部分是2×(n-2)的矩形,有f(n-2)种方法

因此,总方法数为这两种情况之和:f(n) = f(n-1) + f(n-2),这正是斐波那契数列的递推关系

  • 时间复杂度:O(2^n),存在大量重复计算

  • 空间复杂度:O(n),递归调用栈深度

动态规划

在递归解法基础上,我们可以加入记忆化存储,避免重复计算。使用一个数组存储已经计算过的结果,每次计算前先检查是否已存储

  • 时间复杂度:O(n),每个子问题只计算一次

  • 空间复杂度:O(n),需要存储中间结果

优化的动态规划(空间优化)

观察发现,计算f(n)只需要前两个状态f(n-1)和f(n-2),因此可以用两个变量代替整个数组,将空间复杂度优化到O(1)。

  • 时间复杂度:O(n)

  • 空间复杂度:O(1)