「模拟赛20190327」 第二题 DP+决策单调性优化

题目描述

小火车虽然很穷,但是他还是得送礼物给妹子,所以他前往了二次元寻找不需要钱的礼物。
小火车准备玩玩二次元的游戏,游戏当然是在一个二维网格中展开的,网格大小是\(n\times m\)的,某些格子是好的,其余的则是不好的。每次你可以选择最底层(也就是第\(n\)层)的某两个相邻的列,并消掉最底下的至多三个格子,并且这两列都得有格子被消掉(也就是\(L\)型或者反着的\(L\)型),消掉格子以后上面的格子会掉落下来。当然最上面的空位会用不好的格子填满。
小火车想得到所有的好格子送给妹子,请问至少得消多少次呢?

输入

第一行两个整数\(n,m\),表示网格大小。
接下来\(n\)行每行一个长度为\(m\)的字符串,表示这个网格,如果为*则是好格子,为#就不是。

输出

一行一个整数表示答案。

样例

样例输入

3 2
#*
*#
##

样例输出

2

数据范围

对于\(20\%\)的数据\(n,m<=5\)
对于\(50\%\)的数据满足\(n,m<=500\)
对于\(100\%\)的数据满足\(2<=n,m<=2000\)

题解

诈尸啦诈尸啦。
唔……全场码量最小的题。(然而也是唯一没想出来的题
方法很多,不过有几个很玄幻,所以我采用的是其中一种巧妙、易懂又好写的方法(没有耐心的可直接看解法\(4\))。

解法\(0\):暴力模拟+搜索,期望得分:\(20pts\)

解法\(1\):看出来这个和好格子的分布没关系,只与每一列最高的好格子有关系,然后\(f[i][j]\)表示前\(i\)列中,\(i-1\)列都消除完了,第\(i\)列恰好消除了\(j\)个最少需要花费多少步,暴力\(DP\)枚举第\(i\)列的\(j\)个是放置了\(k\)个反\(L\)型,可以轻松计算出\(L\)型的个数为\(j-2k\),暴力\(DP\),复杂度\(O(n^3)\),期望得分:\(50pts\)。常数优秀的选手(真实案例:滚动数组+每次只枚举到这一列的最大高度+枚举反\(L\)型而不是枚举\(L\)型获得\(\frac{1}{2}\)的常数)可以获得\(100pts\)(弥天大雾

解法\(2\):考虑优化解法\(1\),找最优决策点太慢了,我们随意脑补一下就知道函数值和\(k\)肯定是一个单谷函数的关系,因为反\(L\)型太多会造成自己的浪费,太少又会导致前面的浪费,感性理解可得单谷性。所以三分——等等,别忘了——这是整数,如果最后算出来相等,是无法得知该往哪边靠的。如图,你不知道你现在是红还是蓝还是绿……
「模拟赛20190327」 第二题 DP+决策单调性优化_第1张图片
所以引入一个玄学操作:当\(l、r\)接近到一定程度时,就开始暴算。这个算法一看就非常玄学,你要是仔细拿捏这个度,理论上也是能过的(其实也是能过的),时间复杂度\(O(n^2\log n)\),期望得分:\(??pts\)

解法\(3\):考虑其他优化,大佬\(Freopen\)提供了一个单调队列优化。容易发现,当相邻的两列比例在\([\frac{1}{2},2]\)之间时,最优方案是混合使用\(L\)型和反\(L\)型,总花费\(\left\lceil\frac{x+y}{3}\right\rceil\),然后枚举第\(i\)列与第\(i-1\)列一起被消去的部分长度为多少,对第\(i-1\)列被消去的部分进行讨论。如果是比例小于\(\frac{1}{2}\)或者大于\(2\),那么就是全部都放的是\(L\)型或者反\(L\)型,这个很好算,否则是两个混搭起来,也就是第二维下标在当前枚举的第\(i\)列被消去的高度的一半和两倍之间的上一列的\(dp\)值,这一坨,由于要整除\(3\)再上取整,为了避免误差,我们按照对\(3\)取余的值分成三坨,这样每一坨内部的就可以用单调队列搞。当更改第\(i\)列的时候,就按照常规操作更新单调对列,这样复杂度是\(O(n^2)\),期望得分:\(100pts\)
是不是没听懂?我也没听懂。这个方法随口\(bb\)还是很容易说的,但是写起来可能就没有那么容易了,因此需要更简单的方法。

解法\(4\):我们看到解法\(2\)是不是感觉很不爽,明明知道一个性质却不能用……于是我们继续思考有没有能够一起使用的性质?
首先,可以显而易见地发现,当\(j\)增大时,\(f[i][j]\)的最优决策点\(k\)是不会变小的,因为第\(i\)列需要消除更多了,如果反\(L\)型的变少是对消除不利的,会造成更多的浪费。那么我们考虑暴算,利用解法\(2\)的单谷性,一旦暴算到一个决策点使得答案更差,那么后面必然不可能更优了,直接退出。再利用决策点\(k\)单调性,当\(j\)增加的时候只需要接着上一次的\(k\)继续暴算就行了,因此第三维的复杂度均摊下来是\(O(1)\)的,代码非常好写,时间复杂度\(O(n^2)\),期望得分:\(100pts\)

\(Code:\)

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define N 2005
#define inf 0x3f3f3f3f
void Read(int &p)
{
    p = 0;
    char c = getchar();
    for (; c < '0' || c > '9'; c = getchar());
    for (; c >= '0' && c <= '9'; c = getchar())p = p * 10 + c - '0';
}
int n, m, h[N];
int f[N][N];
char S[N][N];
int main()
{
    Read(n), Read(m);
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        scanf("%s", S[i] + 1);
        for (int j = 1; j <= m; j++)
            if (S[i][j] == '*')
                h[j] = max(h[j], n - i + 1);
    }
    memset(f, 0x3f, sizeof(f));
    f[0][0] = 0;
    //f[i][j]表示前i-1列已经被消除完,第i列被消除了j个,最少花费的步数
    for (int i = 1; i <= m; i++)
    {
        int lst = 0;
        for (int j = 0; j <= h[i]; j++)
        {
            for (int k = lst; 2 * k <= j; k++)//k表示第i列用了多少个J型,显然随着j的增大,k必定不会减少
            {
                int w = f[i - 1][max(0, h[i - 1] - k - 2 * (j - 2 * k))] + k + (j - 2 * k);
                if (w > f[i][j])break;
                f[i][j] = w;
                lst = k;
            }
        }
    }
    printf("%d\n", f[m][h[m]]);
}

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