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1770. 执行乘法运算的最大分数

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题目描述

给你两个长度分别 n 和 m 的整数数组 nums 和 multipliers ，其中 n >= m ，数组下标 从 1 开始 计数。

初始时，你的分数为 0 。你需要执行恰好 m 步操作。在第 i 步操作（从 1 开始 计数）中，需要：

选择数组 nums 开头处或者末尾处 的整数 x 。
你获得 multipliers[i] * x 分，并累加到你的分数中。
将 x 从数组 nums 中移除。

在执行 m 步操作后，返回最大分数。

示例 1：

输入：nums = [1,2,3], multipliers = [3,2,1]
输出：14
解释：一种最优解决方案如下：
- 选择末尾处的整数 3 ，[1,2,3] ，得 3 * 3 = 9 分，累加到分数中。
- 选择末尾处的整数 2 ，[1,2] ，得 2 * 2 = 4 分，累加到分数中。
- 选择末尾处的整数 1 ，[1] ，得 1 * 1 = 1 分，累加到分数中。
总分数为 9 + 4 + 1 = 14 。

示例 2：

输入：nums = [-5,-3,-3,-2,7,1], multipliers = [-10,-5,3,4,6]
输出：102
解释：一种最优解决方案如下：
- 选择开头处的整数 -5 ，[-5,-3,-3,-2,7,1] ，得 -5 * -10 = 50 分，累加到分数中。
- 选择开头处的整数 -3 ，[-3,-3,-2,7,1] ，得 -3 * -5 = 15 分，累加到分数中。
- 选择开头处的整数 -3 ，[-3,-2,7,1] ，得 -3 * 3 = -9 分，累加到分数中。
- 选择末尾处的整数 1 ，[-2,7,1] ，得 1 * 4 = 4 分，累加到分数中。
- 选择末尾处的整数 7 ，[-2,7] ，得 7 * 6 = 42 分，累加到分数中。
总分数为 50 + 15 - 9 + 4 + 42 = 102 。

提示：

n == nums.length
m == multipliers.length
1 <= m <= 10³
m <= n <= 10⁵
-1000 <= nums[i], multipliers[i] <= 1000

解法

方法一：记忆化搜索

我们设计一个函数 $dfs(i, j)$，表示从 nums 数组头部第 $i$ 个元素开始，从 nums 数组尾部第 $j$ 个元素开始，能够获得的最大分数。那么答案就是 $dfs(0, 0)$。

函数 $dfs(i, j)$ 的计算过程如下：

如果 $i \geq m$ 或者 $j \geq m$，或者 $i + j \geq m$，说明已经没有元素可以选择了，返回 $0$。
否则，我们可以选择 nums 数组头部第 $i$ 个元素，那么能够获取的最大分数为 $nums[i] \times multipliers[i + j] + dfs(i + 1, j)$；或者我们可以选择 nums 数组尾部第 $j$ 个元素，那么能够获取的最大分数为 $nums[n - j - 1] \times multipliers[i + j] + dfs(i, j + 1)$。我们取两者的最大值作为 $dfs(i, j)$ 的返回值。

我们可以使用记忆化搜索来实现上述递归过程，其中 f 数组用于存储函数 $dfs(i, j)$ 的返回值，防止重复计算。

时间复杂度 $O(m^2)$，空间复杂度 $O(m^2)$。其中 $m$ 为 multipliers 数组的长度。

Python3

class Solution:
    def maximumScore(self, nums: List[int], multipliers: List[int]) -> int:
        @cache
        def f(i, j, k):
            if k >= m or i >= n or j < 0:
                return 0
            a = f(i + 1, j, k + 1) + nums[i] * multipliers[k]
            b = f(i, j - 1, k + 1) + nums[j] * multipliers[k]
            return max(a, b)

        n = len(nums)
        m = len(multipliers)
        return f(0, n - 1, 0)

Java

class Solution {
    private Integer[][] f;
    private int[] multipliers;
    private int[] nums;
    private int n;
    private int m;

    public int maximumScore(int[] nums, int[] multipliers) {
        n = nums.length;
        m = multipliers.length;
        f = new Integer[m][m];
        this.nums = nums;
        this.multipliers = multipliers;
        return dfs(0, 0);
    }

    private int dfs(int i, int j) {
        if (i >= m || j >= m || (i + j) >= m) {
            return 0;
        }
        if (f[i][j] != null) {
            return f[i][j];
        }
        int k = i + j;
        int a = dfs(i + 1, j) + nums[i] * multipliers[k];
        int b = dfs(i, j + 1) + nums[n - 1 - j] * multipliers[k];
        f[i][j] = Math.max(a, b);
        return f[i][j];
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int maximumScore(vector<int>& nums, vector<int>& multipliers) {
        int n = nums.size(), m = multipliers.size();
        int f[m][m];
        memset(f, 0x3f, sizeof f);
        function<int(int, int)> dfs = [&](int i, int j) -> int {
            if (i >= m || j >= m || (i + j) >= m) return 0;
            if (f[i][j] != 0x3f3f3f3f) return f[i][j];
            int k = i + j;
            int a = dfs(i + 1, j) + nums[i] * multipliers[k];
            int b = dfs(i, j + 1) + nums[n - j - 1] * multipliers[k];
            return f[i][j] = max(a, b);
        };
        return dfs(0, 0);
    }
};

Go

func maximumScore(nums []int, multipliers []int) int {
	n, m := len(nums), len(multipliers)
	f := make([][]int, m)
	for i := range f {
		f[i] = make([]int, m)
		for j := range f[i] {
			f[i][j] = 1 << 30
		}
	}
	var dfs func(i, j int) int
	dfs = func(i, j int) int {
		if i >= m || j >= m || i+j >= m {
			return 0
		}
		if f[i][j] != 1<<30 {
			return f[i][j]
		}
		k := i + j
		a := dfs(i+1, j) + nums[i]*multipliers[k]
		b := dfs(i, j+1) + nums[n-j-1]*multipliers[k]
		f[i][j] = max(a, b)
		return f[i][j]
	}
	return dfs(0, 0)
}

TypeScript

function maximumScore(nums: number[], multipliers: number[]): number {
    const inf = 1 << 30;
    const n = nums.length;
    const m = multipliers.length;
    const f = new Array(m + 1).fill(0).map(() => new Array(m + 1).fill(-inf));
    f[0][0] = 0;
    let ans = -inf;
    for (let i = 0; i <= m; ++i) {
        for (let j = 0; j <= m - i; ++j) {
            const k = i + j - 1;
            if (i > 0) {
                f[i][j] = Math.max(f[i][j], f[i - 1][j] + nums[i - 1] * multipliers[k]);
            }
            if (j > 0) {
                f[i][j] = Math.max(f[i][j], f[i][j - 1] + nums[n - j] * multipliers[k]);
            }
            if (i + j === m) {
                ans = Math.max(ans, f[i][j]);
            }
        }
    }
    return ans;
}

方法二：动态规划

我们可以将方法一中的记忆化搜索改写为动态规划的形式。

我们用 $f[i][j]$ 表示取数组 $nums$ 的前 $i$ 个元素，以及取数组 $nums$ 的后 $j$ 个元素，能够获得的最大分数。初始时 $f[0][0] = 0$，其余元素均为 $-\infty$。答案为 $\max_{0 \leq i \leq m} f[i][m-i]$。

考虑 $f[i][j]$，那么当前我们可以选择 nums 数组头部的第 $i$ 个元素，或者选择 nums 数组尾部的第 $j$ 个元素。如果选择了 nums 数组头部的第 $i$ 个元素，那么能够获得的最大分数为 $f[i-1][j] + nums[i-1] \times multipliers[i+j-1]$；如果选择了 nums 数组尾部的第 $j$ 个元素，那么能够获得的最大分数为 $f[i][j-1] + nums[n-j] \times multipliers[i+j-1]$。我们取两者的最大值作为 $f[i][j]$ 的值。如果 $i + j = m$，我们我们更新答案 $ans = \max(ans, f[i][j])$。

最后返回答案 $ans$ 即可。

时间复杂度 $O(m^2)$，空间复杂度 $O(m^2)$。其中 $m$ 为 multipliers 数组的长度。

Python3

class Solution:
    def maximumScore(self, nums: List[int], multipliers: List[int]) -> int:
        n, m = len(nums), len(multipliers)
        f = [[-inf] * (m + 1) for _ in range(m + 1)]
        f[0][0] = 0
        ans = -inf
        for i in range(m + 1):
            for j in range(m - i + 1):
                k = i + j - 1
                if i > 0:
                    f[i][j] = max(f[i][j], f[i - 1][j] + multipliers[k] * nums[i - 1])
                if j > 0:
                    f[i][j] = max(f[i][j], f[i][j - 1] + multipliers[k] * nums[n - j])
                if i + j == m:
                    ans = max(ans, f[i][j])
        return ans

Java

class Solution {
    public int maximumScore(int[] nums, int[] multipliers) {
        final int inf = 1 << 30;
        int n = nums.length, m = multipliers.length;
        int[][] f = new int[m + 1][m + 1];
        for (int i = 0; i <= m; i++) {
            Arrays.fill(f[i], -inf);
        }
        f[0][0] = 0;
        int ans = -inf;
        for (int i = 0; i <= m; ++i) {
            for (int j = 0; j <= m - i; ++j) {
                int k = i + j - 1;
                if (i > 0) {
                    f[i][j] = Math.max(f[i][j], f[i - 1][j] + multipliers[k] * nums[i - 1]);
                }
                if (j > 0) {
                    f[i][j] = Math.max(f[i][j], f[i][j - 1] + multipliers[k] * nums[n - j]);
                }
                if (i + j == m) {
                    ans = Math.max(ans, f[i][j]);
                }
            }
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    int maximumScore(vector<int>& nums, vector<int>& multipliers) {
        const int inf = 1 << 30;
        int n = nums.size(), m = multipliers.size();
        vector<vector<int>> f(m + 1, vector<int>(m + 1, -inf));
        f[0][0] = 0;
        int ans = -inf;
        for (int i = 0; i <= m; ++i) {
            for (int j = 0; j <= m - i; ++j) {
                int k = i + j - 1;
                if (i > 0) {
                    f[i][j] = max(f[i][j], f[i - 1][j] + multipliers[k] * nums[i - 1]);
                }
                if (j > 0) {
                    f[i][j] = max(f[i][j], f[i][j - 1] + multipliers[k] * nums[n - j]);
                }
                if (i + j == m) {
                    ans = max(ans, f[i][j]);
                }
            }
        }
        return ans;
    }
};

Go

func maximumScore(nums []int, multipliers []int) int {
	const inf int = 1 << 30
	n, m := len(nums), len(multipliers)
	f := make([][]int, m+1)
	for i := range f {
		f[i] = make([]int, m+1)
		for j := range f {
			f[i][j] = -inf
		}
	}
	f[0][0] = 0
	ans := -inf
	for i := 0; i <= m; i++ {
		for j := 0; j <= m-i; j++ {
			k := i + j - 1
			if i > 0 {
				f[i][j] = max(f[i][j], f[i-1][j]+multipliers[k]*nums[i-1])
			}
			if j > 0 {
				f[i][j] = max(f[i][j], f[i][j-1]+multipliers[k]*nums[n-j])
			}
			if i+j == m {
				ans = max(ans, f[i][j])
			}
		}
	}
	return ans
}

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