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903. DI 序列的有效排列

题目描述

给定一个长度为 n 的字符串 s ，其中 s[i] 是:

  • “D” 意味着减少，或者
  • “I” 意味着增加

有效排列 是对有 n + 1 个在 [0, n]  范围内的整数的一个排列 perm ，使得对所有的 i：

  • 如果 s[i] == 'D'，那么 perm[i] > perm[i+1]，以及；
  • 如果 s[i] == 'I'，那么 perm[i] < perm[i+1]。

返回 有效排列  perm的数量 。因为答案可能很大，所以请返回你的答案对 109 + 7 取余。

 

示例 1：

输入：s = "DID"
输出：5
解释：
(0, 1, 2, 3) 的五个有效排列是：
(1, 0, 3, 2)
(2, 0, 3, 1)
(2, 1, 3, 0)
(3, 0, 2, 1)
(3, 1, 2, 0)

示例 2:

输入: s = "D"
输出: 1

 

提示:

  • n == s.length
  • 1 <= n <= 200
  • s[i] 不是 'I' 就是 'D'

解法

方法一：动态规划

思考

长度为 \(n\) 的 DI 串对应 \(0..n\) 的排列，\(n\) 可达 \(200\)，枚举排列不可行。关键在于相对名次：放完前 \(i\) 个数后，下一个数在剩余数中的名次 \(j\) 决定与上一位置的升降关系。

定义 \(f[i][j]\) 为前 \(i\) 个字符、以名次 \(j\) 结尾的方案数。遇 'D' 时从更大的名次转移，遇 'I' 时从更小的名次转移；已用名次压缩到 \([0,i]\)，得到立方级递推。

我们定义 \(f[i][j]\) 表示字符串的前 \(i\) 个字符中，以数字 \(j\) 结尾的满足题目要求的排列的数量。初始时 \(f[0][0]=1\)，其余 \(f[0][j]=0\)。答案为 \(\sum_{j=0}^n f[n][j]\)。

考虑 \(f[i][j]\)，其中 \(j \in [0, i]\)。

如果第 \(i\) 个字符 \(s[i-1]\) 是 'D'，那么 \(f[i][j]\) 可以从 \(f[i-1][k]\) 转移而来，其中 \(k \in [j+1, i]\)，而由于 \(k-1\) 最大只能为 \(i-1\)，我们将 \(k\) 向左移动一位，那么 \(k \in [j, i-1]\)，因此有 \(f[i][j] = \sum_{k=j}^{i-1} f[i-1][k]\)。

如果第 \(i\) 个字符 \(s[i-1]\) 是 'I'，那么 \(f[i][j]\) 可以从 \(f[i-1][k]\) 转移而来，其中 \(k \in [0, j-1]\)，因此有 \(f[i][j] = \sum_{k=0}^{j-1} f[i-1][k]\)。

最终的答案即为 \(\sum_{j=0}^n f[n][j]\)。

时间复杂度 \(O(n^3)\)，空间复杂度 \(O(n^2)\)。其中 \(n\) 是字符串的长度。

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class Solution:
    def numPermsDISequence(self, s: str) -> int:
        mod = 10**9 + 7
        n = len(s)
        f = [[0] * (n + 1) for _ in range(n + 1)]
        f[0][0] = 1
        for i, c in enumerate(s, 1):
            if c == "D":
                for j in range(i + 1):
                    for k in range(j, i):
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod
            else:
                for j in range(i + 1):
                    for k in range(j):
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod
        return sum(f[n][j] for j in range(n + 1)) % mod

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class Solution {
    public int numPermsDISequence(String s) {
        final int mod = (int) 1e9 + 7;
        int n = s.length();
        int[][] f = new int[n + 1][n + 1];
        f[0][0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            if (s.charAt(i - 1) == 'D') {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    for (int k = j; k < i; ++k) {
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                    }
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    for (int k = 0; k < j; ++k) {
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                    }
                }
            }
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[n][j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
}

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class Solution {
public:
    int numPermsDISequence(string s) {
        const int mod = 1e9 + 7;
        int n = s.size();
        int f[n + 1][n + 1];
        memset(f, 0, sizeof(f));
        f[0][0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            if (s[i - 1] == 'D') {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    for (int k = j; k < i; ++k) {
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                    }
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    for (int k = 0; k < j; ++k) {
                        f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                    }
                }
            }
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[n][j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
};

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func numPermsDISequence(s string) (ans int) {
    const mod = 1e9 + 7
    n := len(s)
    f := make([][]int, n+1)
    for i := range f {
        f[i] = make([]int, n+1)
    }
    f[0][0] = 1
    for i := 1; i <= n; i++ {
        if s[i-1] == 'D' {
            for j := 0; j <= i; j++ {
                for k := j; k < i; k++ {
                    f[i][j] = (f[i][j] + f[i-1][k]) % mod
                }
            }
        } else {
            for j := 0; j <= i; j++ {
                for k := 0; k < j; k++ {
                    f[i][j] = (f[i][j] + f[i-1][k]) % mod
                }
            }
        }
    }
    for j := 0; j <= n; j++ {
        ans = (ans + f[n][j]) % mod
    }
    return
}

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function numPermsDISequence(s: string): number {
    const n = s.length;
    const f: number[][] = Array(n + 1)
        .fill(0)
        .map(() => Array(n + 1).fill(0));
    f[0][0] = 1;
    const mod = 10 ** 9 + 7;
    for (let i = 1; i <= n; ++i) {
        if (s[i - 1] === 'D') {
            for (let j = 0; j <= i; ++j) {
                for (let k = j; k < i; ++k) {
                    f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                }
            }
        } else {
            for (let j = 0; j <= i; ++j) {
                for (let k = 0; k < j; ++k) {
                    f[i][j] = (f[i][j] + f[i - 1][k]) % mod;
                }
            }
        }
    }
    let ans = 0;
    for (let j = 0; j <= n; ++j) {
        ans = (ans + f[n][j]) % mod;
    }
    return ans;
}

方法二：前缀和优化

思考

方法一每次转移要扫一段 \(k\)，同一行上相邻的 \(j\) 共享几乎相同的区间和。用按方向滚动的前缀和在常数时间内得到 \(\sum f[i-1][k]\)，时间降为平方级，状态定义不变。

我们可以用前缀和优化状态转移，将时间复杂度降低到 \(O(n^2)\)。空间复杂度仍为 \(O(n^2)\)。

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class Solution:
    def numPermsDISequence(self, s: str) -> int:
        mod = 10**9 + 7
        n = len(s)
        f = [[0] * (n + 1) for _ in range(n + 1)]
        f[0][0] = 1
        for i, c in enumerate(s, 1):
            pre = 0
            if c == "D":
                for j in range(i, -1, -1):
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod
                    f[i][j] = pre
            else:
                for j in range(i + 1):
                    f[i][j] = pre
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod
        return sum(f[n][j] for j in range(n + 1)) % mod

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class Solution {
    public int numPermsDISequence(String s) {
        final int mod = (int) 1e9 + 7;
        int n = s.length();
        int[][] f = new int[n + 1][n + 1];
        f[0][0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            int pre = 0;
            if (s.charAt(i - 1) == 'D') {
                for (int j = i; j >= 0; --j) {
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
                    f[i][j] = pre;
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    f[i][j] = pre;
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
                }
            }
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[n][j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
}

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class Solution {
public:
    int numPermsDISequence(string s) {
        const int mod = 1e9 + 7;
        int n = s.size();
        int f[n + 1][n + 1];
        memset(f, 0, sizeof(f));
        f[0][0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            int pre = 0;
            if (s[i - 1] == 'D') {
                for (int j = i; j >= 0; --j) {
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
                    f[i][j] = pre;
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    f[i][j] = pre;
                    pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
                }
            }
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[n][j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
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func numPermsDISequence(s string) (ans int) {
    const mod = 1e9 + 7
    n := len(s)
    f := make([][]int, n+1)
    for i := range f {
        f[i] = make([]int, n+1)
    }
    f[0][0] = 1
    for i := 1; i <= n; i++ {
        pre := 0
        if s[i-1] == 'D' {
            for j := i; j >= 0; j-- {
                pre = (pre + f[i-1][j]) % mod
                f[i][j] = pre
            }
        } else {
            for j := 0; j <= i; j++ {
                f[i][j] = pre
                pre = (pre + f[i-1][j]) % mod
            }
        }
    }
    for j := 0; j <= n; j++ {
        ans = (ans + f[n][j]) % mod
    }
    return
}

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function numPermsDISequence(s: string): number {
    const n = s.length;
    const f: number[][] = Array(n + 1)
        .fill(0)
        .map(() => Array(n + 1).fill(0));
    f[0][0] = 1;
    const mod = 10 ** 9 + 7;
    for (let i = 1; i <= n; ++i) {
        let pre = 0;
        if (s[i - 1] === 'D') {
            for (let j = i; j >= 0; --j) {
                pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
                f[i][j] = pre;
            }
        } else {
            for (let j = 0; j <= i; ++j) {
                f[i][j] = pre;
                pre = (pre + f[i - 1][j]) % mod;
            }
        }
    }
    let ans = 0;
    for (let j = 0; j <= n; ++j) {
        ans = (ans + f[n][j]) % mod;
    }
    return ans;
}

方法三：滚动数组优化

思考

\(f[i]\) 只依赖 \(f[i-1]\)，二维表中多数空间可以丢掉。用一维数组滚动，按 'D'/'I' 的方向维护累加和写入新一层，空间降至线性。

在方法二的基础上，我们使用滚动数组将空间复杂度优化到 \(O(n)\)。时间复杂度仍为 \(O(n^2)\)。

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class Solution:
    def numPermsDISequence(self, s: str) -> int:
        mod = 10**9 + 7
        n = len(s)
        f = [1] + [0] * n
        for i, c in enumerate(s, 1):
            pre = 0
            g = [0] * (n + 1)
            if c == "D":
                for j in range(i, -1, -1):
                    pre = (pre + f[j]) % mod
                    g[j] = pre
            else:
                for j in range(i + 1):
                    g[j] = pre
                    pre = (pre + f[j]) % mod
            f = g
        return sum(f) % mod

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class Solution {
    public int numPermsDISequence(String s) {
        final int mod = (int) 1e9 + 7;
        int n = s.length();
        int[] f = new int[n + 1];
        f[0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            int pre = 0;
            int[] g = new int[n + 1];
            if (s.charAt(i - 1) == 'D') {
                for (int j = i; j >= 0; --j) {
                    pre = (pre + f[j]) % mod;
                    g[j] = pre;
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    g[j] = pre;
                    pre = (pre + f[j]) % mod;
                }
            }
            f = g;
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
}

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class Solution {
public:
    int numPermsDISequence(string s) {
        const int mod = 1e9 + 7;
        int n = s.size();
        vector<int> f(n + 1);
        f[0] = 1;
        for (int i = 1; i <= n; ++i) {
            int pre = 0;
            vector<int> g(n + 1);
            if (s[i - 1] == 'D') {
                for (int j = i; j >= 0; --j) {
                    pre = (pre + f[j]) % mod;
                    g[j] = pre;
                }
            } else {
                for (int j = 0; j <= i; ++j) {
                    g[j] = pre;
                    pre = (pre + f[j]) % mod;
                }
            }
            f = move(g);
        }
        int ans = 0;
        for (int j = 0; j <= n; ++j) {
            ans = (ans + f[j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
};

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func numPermsDISequence(s string) (ans int) {
    const mod = 1e9 + 7
    n := len(s)
    f := make([]int, n+1)
    f[0] = 1
    for i := 1; i <= n; i++ {
        pre := 0
        g := make([]int, n+1)
        if s[i-1] == 'D' {
            for j := i; j >= 0; j-- {
                pre = (pre + f[j]) % mod
                g[j] = pre
            }
        } else {
            for j := 0; j <= i; j++ {
                g[j] = pre
                pre = (pre + f[j]) % mod
            }
        }
        f = g
    }
    for j := 0; j <= n; j++ {
        ans = (ans + f[j]) % mod
    }
    return
}

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function numPermsDISequence(s: string): number {
    const n = s.length;
    let f: number[] = Array(n + 1).fill(0);
    f[0] = 1;
    const mod = 10 ** 9 + 7;
    for (let i = 1; i <= n; ++i) {
        let pre = 0;
        const g: number[] = Array(n + 1).fill(0);
        if (s[i - 1] === 'D') {
            for (let j = i; j >= 0; --j) {
                pre = (pre + f[j]) % mod;
                g[j] = pre;
            }
        } else {
            for (let j = 0; j <= i; ++j) {
                g[j] = pre;
                pre = (pre + f[j]) % mod;
            }
        }
        f = g;
    }
    let ans = 0;
    for (let j = 0; j <= n; ++j) {
        ans = (ans + f[j]) % mod;
    }
    return ans;
}

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