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2189. 建造纸牌屋的方法数 🔒

题目描述

给你一个整数 n，代表你拥有牌的数量。一个 纸牌屋 满足以下条件:

  • 一个 纸牌屋 由一行或多行 三角形 和水平纸牌组成。
  • 三角形 是由两张卡片相互靠在一起形成的。
  • 一张卡片必须水平放置在一行中 所有相邻 的三角形之间。
  • 比第一行高的任何三角形都必须放在前一行的水平牌上。
  • 每个三角形都被放置在行中 最左边 的可用位置。

返回使用所有 n 张卡片可以构建的不同纸牌屋的数量。如果存在一行两个纸牌屋包含不同数量的纸牌，那么两个纸牌屋被认为是不同的。

 

示例 1:

输入: n = 16
输出: 2
解释: 有两种有效的纸牌屋摆法。
图中的第三个纸牌屋无效，因为第一行最右边的三角形没有放在水平纸牌的顶部。

Example 2:

输入: n = 2
输出: 1
解释: 这是唯一可行的纸牌屋。

Example 3:

输入: n = 4
输出: 0
解释: 图中的三种纸牌都是无效的。
第一个纸牌屋需要在两个三角形之间放置一张水平纸牌。
第二个纸牌屋使用 5 张纸牌。
第三个纸牌屋使用 2 张纸牌。

 

提示:

  • 1 <= n <= 500

解法

方法一：记忆化搜索

我们注意到，每一层的卡片数量为 $3 \times k + 2$，并且每一层的卡片数量都不相同。因此，问题可以转化为：整数 $n$ 可以由多少种 $3 \times k + 2$ 的数相加得到。这是一个经典的背包问题，可以使用记忆化搜索解决。

我们设计一个函数 $dfs(n, k)$，表示当前剩余卡片数量为 $n$，且当前层为 $k$ 时，可以构建多少不同的纸牌屋。那么答案就是 $dfs(n, 0)$。

函数 $dfs(n, k)$ 的执行逻辑如下：

  • 如果 $3 \times k + 2 \gt n$，那么当前层无法放置任何卡片，返回 $0$；
  • 如果 $3 \times k + 2 = n$，那么当前层可以放置卡片，放置完毕后，整个纸牌屋已经构建完毕，返回 $1$；
  • 否则，我们可以选择不放置卡片，或者放置卡片。如果选择不放置卡片，那么剩余卡片数量不变，层数增加 $1$，即 $dfs(n, k + 1)$；如果选择放置卡片，那么剩余卡片数量减少 $3 \times k + 2$，层数增加 $1$，即 $dfs(n - (3 \times k + 2), k + 1)$。两者相加即为答案。

过程中，我们可以使用记忆化搜索，避免重复计算。

时间复杂度 $O(n^2)$，空间复杂度 $O(n^2)$。其中 $n$ 为卡片数量。

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class Solution:
    def houseOfCards(self, n: int) -> int:
        @cache
        def dfs(n: int, k: int) -> int:
            x = 3 * k + 2
            if x > n:
                return 0
            if x == n:
                return 1
            return dfs(n - x, k + 1) + dfs(n, k + 1)

        return dfs(n, 0)

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class Solution {
    private Integer[][] f;

    public int houseOfCards(int n) {
        f = new Integer[n + 1][n / 3];
        return dfs(n, 0);
    }

    private int dfs(int n, int k) {
        int x = 3 * k + 2;
        if (x > n) {
            return 0;
        }
        if (x == n) {
            return 1;
        }
        if (f[n][k] != null) {
            return f[n][k];
        }
        return f[n][k] = dfs(n - x, k + 1) + dfs(n, k + 1);
    }
}

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class Solution {
public:
    int houseOfCards(int n) {
        int f[n + 1][n / 3 + 1];
        memset(f, -1, sizeof(f));
        function<int(int, int)> dfs = [&](int n, int k) -> int {
            int x = 3 * k + 2;
            if (x > n) {
                return 0;
            }
            if (x == n) {
                return 1;
            }
            if (f[n][k] != -1) {
                return f[n][k];
            }
            return f[n][k] = dfs(n - x, k + 1) + dfs(n, k + 1);
        };
        return dfs(n, 0);
    }
};

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func houseOfCards(n int) int {
    f := make([][]int, n+1)
    for i := range f {
        f[i] = make([]int, n/3+1)
        for j := range f[i] {
            f[i][j] = -1
        }
    }
    var dfs func(n, k int) int
    dfs = func(n, k int) int {
        x := 3*k + 2
        if x > n {
            return 0
        }
        if x == n {
            return 1
        }
        if f[n][k] == -1 {
            f[n][k] = dfs(n-x, k+1) + dfs(n, k+1)
        }
        return f[n][k]
    }
    return dfs(n, 0)
}

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function houseOfCards(n: number): number {
    const f: number[][] = Array(n + 1)
        .fill(0)
        .map(() => Array(Math.floor(n / 3) + 1).fill(-1));
    const dfs = (n: number, k: number): number => {
        const x = k * 3 + 2;
        if (x > n) {
            return 0;
        }
        if (x === n) {
            return 1;
        }
        if (f[n][k] === -1) {
            f[n][k] = dfs(n - x, k + 1) + dfs(n, k + 1);
        }
        return f[n][k];
    };
    return dfs(n, 0);
}

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