使二进制数组全部等于1的最少操作次数I

2024-10-18

题目:

给你一个二进制数组 nums 。你可以对数组执行以下操作 任意 次(也可以 0 次):

  • 选择数组中 任意连续 3 个元素,并将它们 全部反转

反转 一个元素指的是将它的值从 0 变 1 ,或者从 1 变 0 。请你返回将 nums 中所有元素变为 1 的 最少 操作次数。如果无法全部变成 1 ,返回 -1 。

示例 1:

输入:nums = [0,1,1,1,0,0]

输出:3

解释: 我们可以执行以下操作:

  • 选择下标为 0 ,1 和 2 的元素并反转,得到 nums = [**1**,**0**,**0**,1,0,0]
  • 选择下标为 1 ,2 和 3 的元素并反转,得到 nums = [1,**1**,**1**,**0**,0,0]
  • 选择下标为 3 ,4 和 5 的元素并反转,得到 nums = [1,1,1,**1**,**1**,**1**]

示例 2:

输入:nums = [0,1,1,1]

输出:-1

解释: 无法将所有元素都变为 1 。

提示:

  • 3 <= nums.length <= 105
  • 0 <= nums[i] <= 1

思路:

讨论是否需要对 i=0 执行操作:
	如果 nums[0] = 1,不需要操作,问题变成剩下 n−1 个数的子问题。
	如果 nums[0] = 0,一定要操作,问题变成剩下 n−1 个数的子问题。
接下来,讨论是否需要对 i = 1 执行操作,处理方式同上。
依此类推,一直到 i = n − 3 处理完后,还剩下 nums[n−2] 和 nums[n−1],这两个数必须都等于 1,否则无法达成题目要求。

正确性
问:为什么这样做是对的?
答:
	先操作 i 再操作 j(i != j),和先操作 j 再操作 i 的结果是一样的,所以操作顺序不影响答案。既然操作顺序无影响,我们可以从左到右操作。或者说,假设某种操作顺序是最优的,那么总是可以把这个操作顺序重排成从左到右操作。
	对于同一个 i,操作两次等于没有操作,所以同一个 i 至多操作一次。注:操作 i 指的是反转 i, i+1, i+2 这三个位置。
	结合上述两点,既然同一个 i 至多操作一次,那么从左到右操作的过程中,遇到 1 一定不能操作,遇到 0 一定要操作,所以从左到右的操作方式有且仅有一种。
 既然操作方式是唯一的,我们只需模拟这个过程。

问:题目要求的「最少」体现在哪里?
答:对同一个 i 至多操作一次,就可以做到最少的操作次数。

代码:

class Solution {
public:
    int minOperations(vector<int>& nums) {
        // 如果 nums[0] = 0,唯一让它变成 1 的方法是 翻转前3个字符
        // 基于贪心思路,我们希望只翻转一次,就能变成 1,所以第一个字符需要翻转,便只能翻转1次
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            if (nums[i] == 1) continue;
            if (i + 1 >= nums.size() || i + 2 >= nums.size()) return -1;
            ans++;
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                if (nums[i + j]) nums[i + j] = 0;
                else nums[i + j] = 1;
            }
        }
        return ans;
    }
};