二分答案

做了好几个二分的题目了,写个总结
考虑把这个词典从中间分开,看一下中间那一页的主要单词都是啥,然后去判断我要找的单词应该在左半部分还是右半部分,再去那一部分考虑怎么找就好了。同样的,在另一部分也是要进行划分并且判断的操作。这样一直进行下去,便能很快的找到答案,而且根本不需要翻过整个词典来。
可以证明,如果一页一页的找,最多要找n次,但是用这个方法,最多找floor(log2n)次。
我们把这个方法叫做“二分答案”。顾名思义,它用二分的方法枚举答案,并且枚举时判断这个答案是否可行。但是,二分并不是在所有情况下都是可用的,使用二分需要满足两个条件。一个是有界,一个是单调。
二分答案应该是在一个单调闭区间上进行的。也就是说,二分答案最后得到的答案应该是一个确定值,而不是像搜索那样会出现多解。二分一般用来解决最优解问题。刚才我们说单调性,那么这个单调性应该体现在哪里呢?
可以这样想,在一个区间上,有很多数,这些数可能是我们这些问题的解,换句话说,这里有很多不合法的解,也有很多合法的解。我们只考虑合法解,并称之为可行解。考虑所有可行解,我们肯定是要从这些可行解中找到一个最好的作为我们的答案, 这个答案我们称之为最优解。

最优解一定可行,但可行解不一定最优。我们假设整个序列具有单调性,且一个数x为可行解,那么一般的,所有的x’(x’< x)都是可行解。并且,如果有一个数y是非法解,那么一般的,所有的y’(y’>y)都是非法解。

那么什么时候适用二分答案呢?注意到题面:使得选手们在比赛过程中的最短跳跃距离尽可能长。如果题目规定了有“最大值最小”或者“最小值最大”的东西,那么这个东西应该就满足二分答案的有界性(显然)和单调性(能看出来)。

使用一个judge判断这个解是不是可行解。如果这个解是可行解,那么有可能会有比这更优的解,那么我们就去它更优的一边(取决于队列的单调性)。反过来,如果二分到的这个解是一个非法解,就去另一个方向。因为性质,一边的解一定全都是非法解。那么我们就应该去另一边找解。整个过程看起来很像递归,实际上,这个过程可以递归写, 也可以写成非递归形式,我个人比较喜欢使用非递归形式。
放个图
二分答案_第1张图片

答案的单调性大多数情况下可以转化为一个函数,其单调性证明多种多样,如下:

移动石头的个数越多,答案越大(NOIP2015跳石头)。
前i天的条件一定比前 i + 1 天条件更容易(NOIP2012借教室)。
满足更少分配要求比满足更多的要求更容易(NOIP2010关押罪犯)。
满足更大最大值比满足更小最大值的要求更容易(NOIP2015运输计划)。
时间越长,越容易满足条件(NOIP2012疫情控制)。

可以解决的问题

求最大的最小值(NOIP2015跳石头)。
求最小的最大值(NOIP2010关押罪犯)。
求满足条件下的最小(大)值。
求最靠近一个值的值。
求最小的能满足条件的代价。
模板

int binary()
{
    int l = 0, r = ll, mid;
    while(l < r)
      {
        mid = (l + r) >> 1;
        if(check(mid)) r = mid;  //大多数题只要改改check()即可
        else l = mid + 1;
      }
    return l;
}

或者非递归

int binary(int n)
{
    int l = 1, r = maxn, ans = 0;
    while(l <= r)
      {
        int mid = (l + r) >> 1;
        if(c[mid] > a[n]) ans = mid, l = mid + 1;  //判断条件与ans记录位置因题而异
        else r = mid - 1;
      }
    return ans;
}

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