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Hdu 2829 Lawrence (DP_四邊形優化、斜率優化)

編輯:C++入門知識

題目大意:給定一個長度為n的序列,至多將序列分成m段,每段序列都有權值,權值為序列內兩個數兩兩相乘之和。m<=n<=1000.

解題思路:經典的DP優化題,可以用四邊形不等式優化也可以用斜率優化,我三種方法實現,兩種斜率優化,一種四邊形不等式,其中復雜度都為n*m,但是常熟略有差異。
    狀態轉移方程很好想,dp[i][j] = min(dp[i][j],dp[k][j-1]+cost[k+1][j])(1<=k<i),這種方程普通寫法是n*n*m,當n為1000時運算量為10億級別,必須優化。
   
     第一種:四邊形不等式優化,這種方法是最簡單的,主要是減少枚舉k的次數。cost[i][j]是某段區間的權值,當區間變大,權值也隨之變大,區間變小,權值也隨之變小,此時就可以用四邊形不等式優化。
     我們設s[i][j]為dp[i][j]的前導狀態,即dp[i][j] = dp[s[i][j][j-1] + cost[s[i][j]+1][j].之後我們枚舉k的時候只要枚舉s[i][j-1]<=k<=s[i+1][j],此時j必須從小到大遍歷,i必須從大到小。
     用這種方法我的代碼跑了140ms。

    第二種:斜率優化.其實是借鑒大牛大思路,Here,我只是拋磚引玉而已。這種方法的dp和suma數組必須為64位整數,因為平方和會超過32位整數。
    用這種方法我的代碼跑了350ms。

    第三種:斜率優化.其實是借鑒大牛大思路,Here,我只是拋磚引玉而已。其實這題可以作為模板題,斜率優化大抵如此吧。
    用這種方法我的代碼跑了109ms。

測試數據:
Input:
4 1
4 5 1 2
4 2
4 5 1 2
5 3
1 2 1 2 1
6 4
7 5 3 6 8 9
10 3
1 4 2 7 5 6 8 5 6 9

OutPut:
17
2
92
15
187

C艹代碼:
[cpp]
//四邊形不等式 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#define MAX 1100 
#define INF (1<<30) 
 
 
int n,m,sum[MAX],cost[MAX][MAX]; 
int arr[MAX],dp[MAX][MAX],s[MAX][MAX]; 
 
 
void Initial() { 
 
    int i, j, k; 
 
 
    for (i = 1; i <= n; ++i) 
        for (j = 1; j <= n; ++j) 
            if (j < i) cost[i][j] = 0; 
            else cost[i][j] = cost[i][j - 1] + arr[j] * (sum[j - 1] - sum[i - 1]); 
    for (i = 0; i <= n; ++i) { 
 
        dp[i][0] = cost[1][i]; 
        s[i][0] = 0,s[n+1][i] = n; 
    } 

int Solve_DP() { 
 
    int i,j,k; 
 
 
    for (j = 1; j <= m; ++j) 
        for (i = n; i >= 1; --i) { 
 
            dp[i][j] = INF; 
            for (k = s[i][j-1] ; k <= s[i+1][j]; ++k) 
                if (dp[k][j-1] + cost[k+1][i] < dp[i][j]) { 
 
                    s[i][j] = k; 
                    dp[i][j] = dp[k][j-1] + cost[k+1][i]; 
                } 
        } 
 
 
    return dp[n][m]; 

 
 
int main() 

    int i,j,k; 
 
 
    while (scanf("%d%d",&n,&m),n+m) { 
 
        for (i = 1; i <= n; ++i) 
            scanf("%d",&arr[i]),sum[i] = arr[i] + sum[i-1]; 
 
 
        Initial(); 
        int ans = Solve_DP(); 
        printf("%I64d\n",ans); 
    } 

[cpp] 
//sum[i] = arr[1] + .. arr[i]^2 
//sum2[i] = arr[1]^2 + .. arr[i]^2; 
//dp[i][j] = min{dp[k][j-1] -sum[i] * sum[k] + (suma[k] - sum[k]^2)/2 + (sum[k]^2 - suma[k])/2}; 
//斜率優化二 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#define MAX 1100 
#define INF (1<<30) 
#define int64 __int64//long long 
 
 
struct point { 
 
    int64 x,y; 
}pot[MAX]; 
int head,tail,qu[MAX]; 
int n,m,arr[MAX]; 
int64 sum[MAX],sum2[MAX],dp[MAX][MAX]; 
 
 
void Initial() { 
 
    for (int i = 1; i <= n; ++i) { 
 
        sum[i] = arr[i] + sum[i-1]; 
        sum2[i] = arr[i] * arr[i] + sum2[i-1]; 
        dp[i][0] = dp[i-1][0] + arr[i] * sum[i-1]; 
    } 

int CheckIt(point p0,point p1,point p2) { 
 
    return (p0.x-p1.x) * (p0.y-p2.y) - (p0.y-p1.y) * (p0.x-p2.x) <= 0; 

int NotBest(point p0,point p1,int k) { 
 
    return p0.y - k * p0.x > p1.y - k * p1.x; 

int Solve_DP() { 
 
    int i,j,k; 
 
 
    for (j = 1; j <= m; ++j) { 
 
        head = 0,tail = 0; 
        qu[tail] = 0; 
        for (i = j + 1; i <= n; ++i) { 
 
            pot[i].x = sum[i-1]; 
            pot[i].y = dp[i-1][j-1] + (sum[i-1] * sum[i-1] + sum2[i-1]) / 2; 
            while (head <= tail - 1 && 
                    CheckIt(pot[qu[tail-1]],pot[qu[tail]],pot[i])) tail--; 
 
 
            qu[++tail] = i; 
            while (head + 1 <= tail && 
                    NotBest(pot[qu[head]],pot[qu[head+1]],sum[i])) head++; 
            k = qu[head]; 
            //dp[i][j] = y - k * x + c 
            dp[i][j] = pot[k].y - sum[i] * pot[k].x + (sum[i] * sum[i] - sum2[i]) / 2; 
        } 
    } 
 
 
    return dp[n][m]; 

int GetInt() { 
 
    char ch = ' '; 
    while (ch < '0' || ch > '9') 
        ch = getchar(); 
    int x = 0; 
    while (ch >= '0' && ch <= '9') 
        x = x * 10 + ch - '0',ch = getchar(); 
    return x; 

 
 
int main() 

    int i,j,k; 
 
 
    while (scanf("%d%d",&n,&m),n+m) { 
 
        for (i = 1; i <= n; ++i) 
            scanf("%d",&arr[i]),sum[i] = arr[i] + sum[i-1]; 
 
 
        Initial(); 
        int ans = Solve_DP(); 
        printf("%d\n",ans); 
    } 


[cpp] 
//cost[k+1][i]=cost[1][i]-cost[1][k]-sum[k]*(sum[i]-sum[k]) 
//dp[i][j]=dp[k][j-1]+cost[1][i]-cost[1][k]-sum[k]*(sum[i]-sum[k]) 
//        =dp[k][j-1]-cost[1][k]+sum[k]^2-sum[i]*sum[k]+cost[1][i] 
//斜率優化一  
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#define MAX 1100 
#define INF (1<<30) 
 
 
struct point { 
 
    int x,y; 
}pot[MAX]; 
int head,tail,qu[MAX]; 
int n,m,arr[MAX],cost[MAX]; 
int sum[MAX],sum2[MAX],dp[MAX][MAX]; 
 
 
void Initial() { 
 
    for (int i = 1; i <= n; ++i) { 
 
        sum[i] = arr[i] + sum[i-1]; 
        cost[i] = cost[i-1] + arr[i] * sum[i-1]; 
        dp[i][0] = cost[i]; 
    } 

int CheckIt(point p0,point p1,point p2) { 
 
    return (p0.x-p1.x) * (p0.y-p2.y) - (p0.y-p1.y) * (p0.x-p2.x) <= 0; 

int NotBest(point p0,point p1,int k) { 
 
    return p0.y - k * p0.x > p1.y - k * p1.x; 

int Solve_DP() { 
 
    int i,j,k; 
 
 
    for (j = 1; j <= m; ++j) { 
 
        head = 0,tail = 0; 
        qu[tail] = 0; 
        for (i = j + 1; i <= n; ++i) { 
 
            pot[i].x = sum[i-1]; 
            pot[i].y = dp[i-1][j-1] - cost[i-1] + sum[i-1] * sum[i-1]; 
            while (head <= tail - 1 && 
                    CheckIt(pot[qu[tail-1]],pot[qu[tail]],pot[i])) tail--; 
 
 
            qu[++tail] = i; 
            while (head + 1 <= tail && 
                    NotBest(pot[qu[head]],pot[qu[head+1]],sum[i])) head++; 
            k = qu[head]; 
            //dp[i][j] = y - k * x + c 
            dp[i][j] = pot[k].y - sum[i] * pot[k].x + cost[i]; 
        } 
    } 
 
 
    return dp[n][m]; 

 
 
int main() 

    int i,j,k; 
 
 
    while (scanf("%d%d",&n,&m),n+m) { 
 
        for (i = 1; i <= n; ++i) www.2cto.com
            scanf("%d",&arr[i]),sum[i] = arr[i] + sum[i-1]; 
 
 
        Initial(); 
        int ans = Solve_DP(); 
        printf("%d\n",ans); 
    } 

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