区间dp+四边形不等式优化

Posted 2021-02-07 fridayfang

区间dp+四边形优化

luogu:p2858

题意

给出一列数 (v_i),每天只能取两端的数，第 j 天取数价值为(v_i imes j),最大价值??

转移方程

dp[i][j] :n天卖掉i..j货物的收益

dp[begin][end]=max(dp[begin][end-1]+value[end]*(n-len+1) ,dp[begin+1][end]+value[begin]*(n-len+1));

注意理解

代码

递推形式

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
#define mm1(x) memset(x,-1,sizeof(x))
#define maxn 2010
int dp[maxn][maxn],value[maxn];
int n;
int solve(){
    for(int i=1;i<=n;i++){
        dp[i][i]=value[i]*n;
        //*key:
    }
    //枚举长度：
    for(int len=2;len<=n;len++){
        //枚举起点
        for(int begin=1;begin<=n-len+1;begin++){
            int end=begin+len-1;
            dp[begin][end]=max(dp[begin][end-1]+value[end]*(n-len+1)
            ,dp[begin+1][end]+value[begin]*(n-len+1));

        }

    }
    return dp[1][n];

}
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++){
        scanf("%d",value+i);
    }
    mm1(dp);
    printf("%d
",solve());
    return 0;
}

记忆化搜索

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//记忆化搜素
#define maxn 2010
int dp[maxn][maxn],value[maxn];
#define mm(x) memset(x,-1,sizeof(x));
int dfs(int i,int j,int num){
    if(i>j) return 0;
    if(dp[i][j]!=-1) return dp[i][j];
    else{
        dp[i][j]=max(value[i]*num+dfs(i+1,j,num+1),
        value[j]*num+dfs(i,j-1,num+1));
    }
    return dp[i][j];
}
int n;
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++){
        scanf("%d",value+i);
    }
    mm(dp);
    int ans=dfs(1,n,1);
    printf("%d
",ans);
    return 0;
}

记忆化搜索很好理解也方便些，是追求解题速度的很好选择

p1880

题意

石子合并问题:(环形，最小值+最大值)

题解

环形，可用(2n)长度，将元素复制一份

转移方程

dpmin[i][j]=min(dpmin[i][j],dpmin[i][k]+dpmin[k+1][j]+sum[j]-sum[i-1]);
对于最小值可用四边形不等式优化
dpmax[i][j]=min(dpmax[i][j],dpmax[i][k]+dpmax[k+1][j]+sum[j]-sum[i-1]);
对于最大值，某大佬题解中提到可优化之讨论端点情况(但本渣没有弄清楚)
dpmax[i][j]=max(dpmax[i][j-1]+sum[j]-sum[i-1],dpmax[i+1][j]+sum[j]-sum[i-1]);

四边形不等式优化

四边形不等式优化核心满足条件:
记决策点为(k=s[i][j])
如果(s[i][j-1]<=k<=s[i+1][j]),则枚举k时，只需从s[i][j-1]枚举到s[i+1][j]$(因为这两者区间长度较短，已经被求出)
下面是重要的定理(不加证明的使用):
对于dp[i][j]=min(dp[i][k]+dp[k+1][j]+cost[i][j])

区间包含的单调性：如果小区间包含于大区间中，那么小区间的cost值不超过大区间的cost值
四边形不等式：两个交错区间的cost的和不超过小区间与大区间的cost的和

满足上述性质的cost,能够推出dp[i][j]满足四边形不等式,s[i][j]=k也满足上述性质。
综上，能够优化的关键在于cost[i][j]满足上述两个性质。*

代码

未优化代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define maxn 205
int dp1[maxn][maxn],dp2[maxn][maxn],value[maxn];
int sum[maxn];
//value[i]=value[i+n]
//区间dp
//dp[i][j]表示i..j最优得分
//O(N^3)
int n;
int min_ans=0x3f3f3f3f,max_ans=-1;
#define mm1(x) memset(x,-1,sizeof(x));
#define mm2(x) memset(x,0x3f,sizeof(x));
void init(){
    mm1(dp1);
    mm2(dp2);
    for(int i=1;i<=2*n;i++){
        sum[i]=sum[i-1]+value[i];
    }
}
void solve(){
    for(int i=1;i<=2*n;i++){
        dp1[i][i]=dp2[i][i]=0;

    }
    for(int len=2;len<=n;len++){
        for(int begin=1;begin<=(2*n-len+1);begin++){
            int end=begin+len-1;
            for(int j=begin;j<=end-1;j++){
                dp1[begin][end]=max(dp1[begin][end],dp1[begin][j]+dp1[j+1][end]+sum[end]-sum[begin-1]);
                dp2[begin][end]=min(dp2[begin][end],dp2[begin][j]+dp2[j+1][end]+sum[end]-sum[begin-1]);
            }
        }
    }
    for(int i=1;i<=n;i++){
        //printf("db max:%d min:%d
",dp1[i][i+n-1],dp2[i][i+n-1]);
        max_ans=max(max_ans,dp1[i][i+n-1]);
        min_ans=min(min_ans,dp2[i][i+n-1]);
    }

}
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++){
        scanf("%d",value+i);
        value[i+n]=value[i];
    }
    init();
    solve();
    printf("%d
%d
",min_ans,max_ans);
    return 0;

}

四边形不等式优化代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//区间dp上的四边形优化
#define inf 0x3f3f3f3f
#define maxn 210
int sum[maxn],value[maxn];
int dpmax[maxn][maxn],dpmin[maxn][maxn];
int s[maxn][maxn];// min最优决策点
int n;
#define mm0(x) memset(x,0x3f,sizeof(x))
#define mm1(x) memset(x,-1,sizeof(x))
void init(){
    mm1(dpmax);
    mm0(dpmin);
    for(int i=1;i<=2*n;i++){
        sum[i]=sum[i-1]+value[i];
        //printf("db i:%d sum[i] %d
",i,sum[i]);
    }

}
int minv=inf,maxv=0;
void solve(){
    for(int i=1;i<=2*n;i++){
        dpmax[i][i]=dpmin[i][i]=0;
        s[i][i]=i;
    }
    
    for(int len=2;len<=n;len++){
        for(int i=1;i+len-1<=2*n;i++){
            int j=i+len-1;
            dpmax[i][j]=max(dpmax[i][j-1]+sum[j]-sum[i-1],dpmax[i+1][j]+sum[j]-sum[i-1]);
            //某大佬认为最大值取得必然最后一次合并在左右两端
            //目前自己没有想通和证明
            int idx;
            for(int k=s[i][j-1];k<=s[i+1][j];k++){
                if((dpmin[i][k]+dpmin[k+1][j]+sum[j]-sum[i-1])<dpmin[i][j]){
                    dpmin[i][j]=dpmin[i][k]+dpmin[k+1][j]+sum[j]-sum[i-1];
                    idx=k;
                }
                s[i][j]=idx;               
            }
           // printf("db min: %d k:%d i:%d j: %d
",dpmin[i][j],s[i][j],i,j);
        }
    }
    for(int i=1;i<=n;i++){
        //printf("db i:%d %d
",i,dpmin[i][i+n-1]);
        minv=min(dpmin[i][i+n-1],minv);
        maxv=max(dpmax[i][i+n-1],maxv);
    }
    
}
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++){
        scanf("%d",value+i);
        value[i+n]=value[i];
    }
    init();
    solve();
    printf("%d
%d
",minv,maxv);
    return 0;
}