DP学习记录Ⅱ

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DP学习记录Ⅰ

以下为 DP 的优化。

人脑优化DP

P5664 Emiya 家今天的饭

正难则反。考虑计算不合法方案。一个方案不合法一定存在一个主食,使得该主食在多于一半的方法中出现。

枚举这个“超标”的主食 i。设 f[j][k][l] 表示前 j 种方法中一共选择了 k 个主食 i,一共选择了 l 个主食 的方案数。最终答案为 f[n][u][v],其中 u > v / 2。这样,我们得到了一种 O(m^2n^3) 的方法。

优化1:

转移的时候把其它菜的方案和预处理一下,可以砍掉转移的一个 m。复杂度: O(mn^3)

优化2:

我们发现最终我们关心的不是 u,v 具体是多少,而是 u, v 的相对大小。因此我们可以再合并一些状态,把状态定义为:f[j][k] 表示前 j 种方法中第 i 种主食比其余主食多 k 个 的方案数。这样可以再状态数上砍掉一个 n。复杂度: O(mn^2)

优化3:

各种卡常。

数据结构优化DP:单调队列优化DP

单调队列优化多重背包详解

题目

仔细观察朴素多重背包的转移方程:

f[j] <- g[j - k * w] + k * v

其中 w 表示当前物品的代价, v 表示当前物品的价值,k 为枚举的数量,需要保证 k <= K

仔细观察发现由于 j - k * w,影响 f[j] 的状态只有与 jw 同余的那些状态,我们把这些状态单独拿出来。这时,问题就有点像“在距离 j 不超过 K 的状态中取最大值”,即“滑动窗口”。故可以使用单调队列优化。这里维护的是一个单调下降的队列。

还差 k * v 没有处理。我们发现 k * v 在提溜出来的那一堆状态里面永远是个公差为 -v 的等差数列,那么我们干脆在加入队列的时候让状态减去 id * v (加入的是提溜出来的数组中的第 id 个),就能保证队列中的相对大小。经过手玩尝试后,知道队列的真实值应该再加上 ct * v(当前是第 ct 个)。

对于每一个剩余系都这样做一下,就能 O(m) 地刷完一遍 f

//q 记录队列中的值,id 记录队列中状态的位置
for (register int i = 1; i <= n; ++i) {
    int w, v, s; read(w), read(v), read(s);
    memcpy(g, f, sizeof(g));
    for (register int j = 0; j < w; ++j) {
        int front = 0, rear = 0;
        for (register int k = j, ct = 1; k <= V; k += w, ++ct) {
            if (ct - id[front + 1] > s) ++front;
            if (front < rear)
                MAX(f[k], q[front + 1] + ct * v);
            while (front < rear && q[rear] <= g[k] - ct * v)    --rear;
            q[++rear] = g[k] - ct * v;
            id[rear] = ct;
        }
    }
}

数据结构优化DP:线段树优化DP

数据结构优化DP:平衡树优化DP

T132728 最大价值(value)

按照 a 排序,这样我们加入这个数的时候一定会把它放在最后一位,这样我们就可以用背包来解决了。思路来源:拯救小矮人。

转移方程: f[i][j] <- f[i - 1][j - 1] + (j - 1) * a + b

通过对拍可知,这个转移一定会在 j 挨着 i 的一段状态发生。假设中间点为 k

由于转移是否尽心与两个相邻的 f 都有关系,我们考虑差分

g[j] = f[j] - f[j - 1]

转移成功: f[i][j] < f[i - 1][j - 1] + (j - 1) * a + b

即:g[j] < (j - 1) * a + b

可以据此二分 k

转移后对 f 数组的影响:

$k$ 及以后: $f[i][j] = f[i - 1][j - 1] + (j - 1) * a + b

转移后对 g 数组的影响:

$k$ : $g[k] = (k - 1) * a + b 对应的 $g$ 数组的变化: $k$ 前插入了一个 $(k - 1) * a + b$;后面的所有数都加了 $a$。 $Splay$ 可以轻松维护这些操作。(二分k,插入,区间加) ## 决策单调性优化DP ### 前置技能:~~四边形不等式~~ 打表 如果发现决策点单调递增,那么可以套用一下板子(注意:一定注意各种细节,比如对队列非空的特判) **四边形不等式:相交优于包含** - 对于 DP 式子为 $f(i) = \min_j f(j) + v(i,j)$ 来说,如果 $i \le j \le k \le l$ 时 $v(i,k) + v(j,l) \le v(i, l) + v(j, k)$,那么满足决策单调性。 - 二维:$f(l,r) = \min_m f(l,m) + f(m + 1, r) + v(l,r)$,其中 $v$ 满足上述性质,则 $g(l,r) \in [g(l,r - 1), g(l + 1, r)]$,$g$ 为决策点。然后 $O(n^3)$ 区间 DP 就可以优化到 $O(n^2)$ 了。 - 自己瞎证:比如可以根据转移函数凸性,依据定义证明。 一定要背熟板子啊!!! ### [SP9070 LIGHTIN - Lightning Conductor](https://www.luogu.com.cn/problem/SP9070) ### [P3515 [POI2011]Lightning Conductor](https://www.luogu.com.cn/problem/P3515) ### [P5503 [JSOI2016]灯塔](https://www.luogu.com.cn/problem/P5503) ### [P1912 [NOI2009]诗人小G](https://www.luogu.com.cn/problem/P1912) ### [T134955 shoes](https://www.luogu.com.cn/problem/T134955) ### 栈(单调队列)写法 ``` /* 维护三元组单调队列<l, r, pos>,pos为[l,r]内的决策点。 由于有决策单调性,队列里的区间和决策点都是单调递增的。 此题型的大致过程如下: */ for (int i = 1; i <= n; ++i) { if (队列非空 && 队头右端点比i小) 弹掉队头 else 修改队头的l 用队头计算f[i] if (i -> n 不如 队尾决策点 -> n 优) continue; while (队列非空 && i -> 队尾左端点 优于 队尾决策点 -> 队尾左端点) 弹队尾 if (队空) 添加节点(i, n, i)于队尾 else { 查找x = 队尾区间中 i占优势的第一个点(可能为r+1) 修改队尾右端点 新增节点(x, n, i) } } ``` Code: ```cpp inline ll calc(int j, int i)//计算用j来转移i ... //main()中 q[++rear] = (node){1, n, 1}; f[1] = ... for (register int i = 2; i <= n; ++i) { if (q[front + 1].l == q[front + 1].r) ++front; else ++q[front + 1].l; //调整最靠前的三元组的 l。注意判空三元组 register int pos = q[front + 1].pos; f[i] = calc(pos, i); pre[i] = pos; //计算 //------- //插入i if (calc(i, n) >= calc(q[rear].pos, n)) continue; //i更新无望,提前推出,防止出现空三元组 while (front < rear && calc(q[rear].pos, q[rear].l) >= calc(i, q[rear].l)) rear--; //尝试用i弹掉后面的整块,注意判非空 if (front >= rear) { q[++rear] = (node){i, n, i}; continue; } //i足够优秀,把三元组全部弹完了,就特判退出 int x = ... /* 二分查找i占优势的最靠左的点,为x */ q[rear].r = x - 1; q[++rear] = (node){x, n, i}; } ``` ### 递归写法 对于一些**决策点的贡献都已知**前提下的问题,即状态有层次的情况,还有一种细节更少,更方便的方法。 对于状态 $(il, ir, jl, jr)$,其中 $il, ir$ 表示当前需要算的状态的区间;$jl, jr$ 表示当前区间对应的决策点区间。我们可以**暴力算出mid(il, ir)的决策点的位置,然后把决策点区间分裂成两段**,然后递归子问题。 ```cpp ll f[N], g[N];//f: 当前要算的状态;g:上一层的状态 inline void sol(int ql, int qr, int l, int r) { if (ql > qr) return ; int mid = (ql + qr) >> 1; int pos = 0; int limi = min(mid - 1, r); f[mid] = inf; for (register int i = l; i <= limi; ++i) { ll tmp = g[i] + Query(i + 1, mid); if (tmp < f[mid]) f[mid] = tmp, pos = i; } sol(ql, mid - 1, l, pos); sol(mid + 1, qr, pos, r); } inline void work() { memset(f, 0x3f, sizeof(f)); f[0] = 0; for (register int i= 1; i <= K; ++i) { memcpy(g, f, sizeof(g)); memset(f, 0, sizeof(f)); sol(1, n, 0, n); } } ``` [L. Partially Free Meal](https://contest.ucup.ac/contest/1358/problem/7523): > 给序列 $a_i,b_i$,对每个 $k$,求长为 $k$ 的子序列 $p_i$ 使得 > $$\sum_{i=1}^k a_{p_i} + \max_{i=1}^k \{ b_{p_i} \}$$ > 最大。输出这 $n$ 个最大值。$n \le 2 \times 10^5, a_i,b_i \le 10^9

(取自官方题解)

首先考虑如何计算固定的k的答案。将所有盘子按照b从小到大排序,枚举第x(k≤x≤ n)个盘子作为选中的b最大的盘子,那么剩下的k−1个盘子显然是贪心选择前x−1个盘子 中a最小的k−1个。给定k和x,可以通过可持久线段树在O(logn)的时间内求出对应方案 的值w(k,x)。

令f(k)表示使k取到最优解的x。对于两个不同的决策x,y(x<y),若w(k,x)≥w(k,y), 那么增大k之后由于y的可选择范围严格包含了x的可选择范围,因此y新选的a值一定不 大于x所选的,即w(k′,x)≥w(k′,y)对于k≤k′≤n恒成立。由此可得f(1)≤f(2)≤f(3)≤ ···≤f(n),最优决策具有单调性,可以分治求解,共需计算O(nlogn)个w(k,x)的值。 时间复杂度O(nlog2n)。

斜率优化

P3628 [APIO2010]特别行动队

P3195 [HNOI2008]玩具装箱

P2120 [ZJOI2007]仓库建设

wqs 二分(DP 凸优化,Alien DP)

用于DP中“恰好 k 个”问题的加速。(但求方案可能比较困难)

本质上是说有一个函数 f:\{1,2,...,n\} \to \R,满足 f 是一个凹函数(差分递减),通常 f(t) 表示恰好选 t 个的最大收益,且通常难以直接求 f 的点值,但有一种办法能快速 O(n) 求解 T_k = \max_{1 \le t \le n}\{f(t) - kt\} 以及取到最大值的 t_k,那么就可以通过二分来 O(n \log n) 求解 f_{t_0}(其中 t_0 为给定的一个整数)。

关键的观察在于 (t_k, T_k + kt_k) 是用斜率为 k 的线切 f 的凸包所切到的位置。注意到斜率更大的直线会切到更偏右的位置,对斜率更小的直线会切到更偏左的位置,对斜率在 f(t_0+1)-f(t_0)f(t_0) - f(t_0 - 1) 之间(含)的时候 t_0 会落在直线上。因此对斜率进行二分可以不断逼近 t_0 所在位置。(这里二分可能需要对凸壳上相邻边斜率相同的情况进行特殊处理)

一般比较困难的地方在于注意到 f 是凸(凹)的,一般凭直觉吧,据说可以通过设计网络流,用费用流的凸性来证明?

具体题目

【ABC218H 简化版题意】:有 N(\le 2 \times 10^5) 个球,你需要把恰好 R(\le N/2) 个球(两两不相邻)涂黑,每涂一个球获得 A_{i-1}+A_i(\le 2 \times 10^9) 的分数,问最大分数。

inline void check(ll penty, ll &mx, ll &mxp) {
    //penalty; value; count
    static ll f[N];
    static int g[N];
    memset(f, 0xc0, sizeof(f));
    memset(g, 0, sizeof(g));
    f[0] = 0;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        f[i] = f[i - 1];
        g[i] = g[i - 1];
        if (b[i] - penty > 0) {
            ll tmpf = (i == 1 ? 0 : f[i - 2]) + b[i] - penty;
            ll tmpg = (i == 1 ? 0 : g[i - 2]) + 1;
            if (tmpf > f[i]) f[i] = tmpf, g[i] = tmpg;
        }
    }
    mx = f[n];
    mxp = g[n];
}
ll Alien_DP() {
    ll l = 0, r = 2000000000;
    ll res = -1, resk = -1;
    while (l <= r) {
        ll mid = (l + r) >> 1;
        ll tmp, tmpk;
        check(mid, tmp, tmpk);
        if (tmpk <= R) r = mid - 1, res = tmp, resk = mid;
        else l = mid + 1;
    }
    ll ans = res + 1ll * R * resk;
    return ans;
}

P2619 [国家集训队2]Tree I

CF125E MST Company

P5633 最小度限制生成树

P1792 [国家集训队]种树

P4383 [八省联考2018]林克卡特树

P5308 [COCI2019] Quiz

注意几点: