0118. 杨辉三角
题目描述
给定一个非负整数 numRows，生成「杨辉三角」的前 numRows 行。
在「杨辉三角」中，每个数是它左上方和右上方的数的和。
示例
示例 1：
输入：numRows = 5
输出：[[1],[1,1],[1,2,1],[1,3,3,1],[1,4,6,4,1]]
示例 2：
输入：numRows = 1
输出：[[1]]
解题思路
第一步：理解杨辉三角的规律
杨辉三角有两个明显的特点：
- 每行的第一个和最后一个元素都是
1 - 其他位置的元素 = 上一行的前一列 + 上一行的当前列
用公式表示就是：triangle[i][j] = triangle[i-1][j-1] + triangle[i-1][j]
第二步：暴力解法
直接按定义，先初始化一个全 0 的三角形，然后根据上一行逐个计算每个元素。
def generate(numRows):
if numRows <= 0:
return []
triangle = []
for i in range(numRows):
row = [0] * (i + 1)
row[0] = row[-1] = 1
for j in range(1, i):
row[j] = triangle[i-1][j-1] + triangle[i-1][j]
triangle.append(row)
return triangle
这其实已经是比较优的解法了，时间复杂度 O(numRows²)，空间复杂度 O(numRows²)（用于存储结果）。
第三步：优化写法
利用「每行初始化时所有元素都是 1」这个特性，直接创建全 1 数组，只修改中间元素。
def generate(numRows):
triangle = []
for i in range(numRows):
row = [1] * (i + 1)
for j in range(1, i):
row[j] = triangle[i-1][j-1] + triangle[i-1][j]
triangle.append(row)
return triangle
第四步：最优解法
这道题的最优解法就是动态规划，上面的写法已经是最佳时间复杂度了，因为结果本身就有 numRows² 个元素，任何算法都必须至少生成这么多输出。
可以用列表推导式写得更加简洁：
c = [[1] * (i + 1) for i in range(numRows)]
for i in range(2, numRows):
for j in range(1, i):
c[i][j] = c[i - 1][j - 1] + c[i - 1][j]
完整代码实现
from typing import List
class Solution:
"""
118. 杨辉三角 - 动态规划
核心思想：
杨辉三角的每个数字都等于它上方两数之和。
1. 每行的第一个和最后一个元素为 1
2. 其他元素 = 上一行的前一列 + 上一行的当前列
时间复杂度：O(numRows²)
空间复杂度：O(numRows²)，存储结果
"""
def generate(self, numRows: int) -> List[List[int]]:
if numRows <= 0:
return []
triangle = []
for i in range(numRows):
# 创建当前行，初始化为1（首尾元素保持为1）
row = [1] * (i + 1)
# 计算中间元素
for j in range(1, i):
row[j] = triangle[i - 1][j - 1] + triangle[i - 1][j]
triangle.append(row)
return triangle
示例推演
以 numRows = 4 为例：
i = 0：创建 [1]，无中间元素，triangle = [[1]]
i = 1：创建 [1, 1]，无中间元素，triangle = [[1], [1, 1]]
i = 2：创建 [1, 1, 1]
- j = 1：
row[1] = triangle[0][0] + triangle[0][1] = 1 + 0？不对。
实际上 triangle[0] 只有 [1]，没有 triangle[0][1]。但在代码中，当 i = 2 时 j 的范围是 range(1, 2)，只有 j = 1：
row[1] = triangle[1][0] + triangle[1][1] = 1 + 1 = 2
triangle = [[1], [1, 1], [1, 2, 1]]
i = 3：创建 [1, 1, 1, 1]
- j = 1：
row[1] = triangle[2][0] + triangle[2][1] = 1 + 2 = 3 - j = 2：
row[2] = triangle[2][1] + triangle[2][2] = 2 + 1 = 3
最终结果：[[1], [1, 1], [1, 2, 1], [1, 3, 3, 1]]
复杂度分析
| 解法 | 时间复杂度 | 空间复杂度 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 暴力 | O(numRows²) | O(numRows²) | 结果本身就需要这么多空间 |
| 最优 | O(numRows²) | O(numRows²) | 已经是理论最优 |
易错点总结
1. 越界问题
j 的循环范围必须是 range(1, i)，不能是 range(1, i+1)，否则会访问 triangle[i-1][i] 导致越界。
2. 特殊情况
numRows <= 0 时应该返回空列表。
3. 初始化技巧
用 [1] * (i + 1) 初始化比先创建全 0 再设首尾更加简洁。
扩展思考
如果只需要生成第 n 行怎么办？
可以只用 O(n) 额外空间，滚动更新一维数组。
def getRow(rowIndex):
row = [1] * (rowIndex + 1)
for i in range(2, rowIndex + 1):
for j in range(i - 1, 0, -1):
row[j] += row[j - 1]
return row