dp+四边形不等式优化(poj1160 hdu2829 3480 3506 3516)

一、四边形不等式基本理论

在动态规划的转移方程中,常见这样一种转移方程:

这两个定理证明在赵爽的《动态规划加速原理之四边形不等式》中给出了相关的证明。

二、四边形定理的应用

1、poj1160 题目大意:给定n个城市,在m个城市里建邮局,使所有城市到最近邮局的距离和最小。很容易得到这样的方程:

dp(i,j)=min(dp(i-1,k)+w(k+1,j)) , i-1<=k

w(i,j)=w(i,j-1)+val[j]-val[(j+i)/2] , i

dp(1,i)=w(1,i), w(i,i)=0, s(1,i)=0

对于函数w(i,j)有人可能疑问,从ij建一座邮局,对于邮局位置k,(i<=k<=j),这是一个凹区间,k选在i ,j的中间位置w(i,j)才是最小的,如何j-i是一个奇数,那么中间的两个数都是距离最小的点。对于w满足四边形不等式和区间单调性(本人表示不大会证,一般动态转移方程类似,n^3不能解决的问题,都是这么搞吧)。于是,我们限制了原方程中k的取值范围,得到了O(n^2)算法。

 

#include 
#include 
using namespace std;
#define inf 0x7ffffff
#define MIN(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
int dp[31][301];
int val[301];
int w[301][301];
int s[31][301];//表示前i-1个邮局的城市数
int main()
{
	int n,m;
	while(~scanf("%d%d",&n,&m))
	{
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			scanf("%d",&val[i]);
		}
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			w[i][i]=0;
			for(int j=i+1;j<=n;++j)
			{
				w[i][j]=w[i][j-1]+val[j]-val[(i+j)/2];
			}
		
		}
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			for(int j=1;j<=m;++j)
			{
				dp[j][i]=inf;
			}
		}
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			dp[1][i]=w[1][i];
			s[1][i]=0;
		}
		for(int i=2;i<=m;++i)
		{
			s[i][n+1]=n;
			for(int j=n;j>i;--j)
			{
				for(int k=s[i-1][j];k<=s[i][j+1];++k)
				{
					if(dp[i-1][k]+w[k+1][j]


2hdu2829题目大意:给定一个长度为n的序列,至多将序列分成m段,每段序列都有权值,权值为序列内两个数两两相乘之和。m<=n<=1000. 令权值最小。

状态转移方程很好想,dp[i][j] = min(dp[i][j],dp[i-1][k]+w[k+1][j])(1<=k

通写法是n*n*m,当n1000时运算量为10亿级别,必须优化。

四边形不等式优化,主要是减少枚举k的次数。w[i][j]是某段区间的权值,当区间变大,权值也随之变大,区间变小,权值也随之变小,此时就可以用四边形不等式优化。
我们设s[i][j]为dp[i][j]的前导状态,即dp[i][j]=dp[i-1][s[i][j]]w[s[i][j]+1][j].之后我们枚举k的时候只要枚举s[i-1][j]<=k<=s[i][j+1],此时i必须从小到大遍历,j必须从大到小

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
#define LL long long
#define inf (LL)1<<60
LL dp[1002][1002];
LL w[1002][1002];
LL s[1002][1002];
LL p[1002];
LL val[1002][1002];
int main()
{
	int m,n;
	while(~scanf("%d%d",&n,&m))
	{
		if(!n&&!m)break;
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			scanf("%lld",&p[i]);
		}
		memset(dp,0,sizeof(dp));
		memset(w,0,sizeof(w));
		memset(val,0,sizeof(val));
		for(int i=1;i=1;--i)
		{
			for(int j=i+1;j<=n;++j)
			{
				w[i][j]=w[i+1][j]+val[i][j];
			}
		}
		for(int i=1;i<=m+1;i++)
		{
			for(int j=i+1;j<=n;++j)
			{
				dp[i][j]=inf;
			}
		}
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			dp[1][i]=w[1][i];
			s[1][i]=0;
		}
		for(int i=2;i<=m+1;++i)
		{
			s[i][n+1]=n;
			for(int j=n;j>i;--j)
			{
				for(int k=s[i-1][j];k<=s[i][j+1];++k)
				{
					LL tmp=dp[i-1][k]+w[k+1][j];
			//		cout<=n){dp[m+1][n]=0;}
		printf("%lld\n",dp[m+1][n]);
	}


 

3、hdu3480 题目大意:给出n个数字,要你把这n个数字分成m堆,每一堆的价值是(max(val) - min(val)) ^ 2 要你求出分成m堆之后得到的最小价值 

dp[i][j]表示前j个数字,分成i堆的最小价值。分析得到,当ival[i] < val[j] < val[k] < val[l]的话,能得到最优值 因此先排序,然后容易得到式子dp[i][j] = min(dp[i - 1][k] + (val[j] - val[k + 1]) ^ 2) 这条就是典型的符合单调性的转移方程 因此直接套四边形不等式就可以解决了

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define LL long long 
#define inf 0x6fffffff
int dp[5002][10002];
int p[10002];
int s[5002][10002];
int cmp(const void *a,const void *b)
{
	return *(int*)a-*(int*)b;
}
int main()
{
	int cas,m,n,c;
	while(~scanf("%d",&cas))
	{
		c=1;
		while(cas--)
		{
			scanf("%d%d",&n,&m);
			for(int i=1;i<=n;++i)
			{
				scanf("%d",&p[i]);
			}
			qsort(p+1,n,sizeof(p[0]),cmp);
			memset(s,0,sizeof(s));
			for(int i=1;i<=m;++i)
			{
				for(int j=i;j<=n;++j)
				{
					if(j<=i){dp[i][j]=0;}
					else	{dp[i][j]=inf;}
				}
			}
			for(int i=1;i<=n;++i)
			{
				s[1][i]=0;
				dp[1][i]=(p[i]-p[1])*(p[i]-p[1]);
			}
			for(int i=2;i<=m;++i)
			{
				s[i][n+1]=n;
				for(int j=n;j>i;--j)
				{
					for(int k=s[i-1][j];k<=s[i][j+1];++k)
					{
						int tmp=dp[i-1][k]+(p[j]-p[k+1])*(p[j]-p[k+1]);
						if(tmp


 

4、hdu3516 题目大意:给你很多个点,让你用一棵树把所有点连在一齐,树只能往上跟右生长,求树的总长度最小。

 

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
#define inf 0x7ffffff
struct point{
	int x,y;
};
point p[1000];
int dp[1000][1000];
int s[1000][1000];
int w[1000][1000];
int getdis(point a,point b)
{
	return abs(a.x-b.x)+abs(a.y-b.y);
}
int main()
{
	int n;
	while(~scanf("%d",&n))
	{
		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			scanf("%d%d",&p[i].x,&p[i].y);
		}
		for(int i=1;i


5hdu3506 题目大意:香蕉森林里一群猴子(n<=1000)围成一圈开会,会长给他们互相介绍,每个猴子需要时间a[i]。每次只能介绍相邻的两只猴子xy认识,同时x所有认识的猴子和y所有认识的猴子也就相互认识了,代价为这两伙猴子认识的时间(a[i])之和。求这群猴子都互相认识的最短时间。

这道题其实就是环形的石子合并问题,首先将环形dp转化为线性dp对于长度为n的环,任意选取一点为起点,由起点开始得到一条长度为n的链,将前面n-1长度的链复制并转移到链的末端,相当于将两条同样的链首尾相接。这样环的任意一种单向遍历方式都可以在这个长度这为2n-1的链中实现。可见曾妞妞的《怎样实现环形动态规划问题》。

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
#define LL int
#define inf 1<<30
#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
LL dp[2002][2002];
LL s[2002][2002];
LL p[2002];
LL w[2002][2002];
int main()
{
	int n;
	while(~scanf("%d",&n))
	{

		for(int i=1;i<=n;++i)
		{
			scanf("%d",&p[i]);
			p[i+n]=p[i];
		}
		memset(s,0,sizeof(s));
		memset(w,0,sizeof(w));
		for(int i=1;i<2*n;++i)
		{
			for(int j=i;j<=i+n;++j)
			{
				w[i][j]=w[i][j-1]+p[j];
			}
			s[i][i]=i;
			dp[i][i]=0;
		}

		for(int len=2;len<=n;++len)
		{
			for(int i=1;i<=2*n-len+1;++i)
			{
				int j=i+len-1;
				dp[i][j]=inf;
				for(int k=s[i][j-1];k<=s[i+1][j];++k)
				{
					LL tmp=dp[i][k]+dp[k+1][j]+w[i][j];
					if(tmp

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