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石子合并(每次合并相邻的两堆石子,代价为这两堆石子的重量和,把一排石子合并为一堆,求最小代价)是一个经典的问题。dp可以做到O(n*n)的时间复杂度,方法是:
朴素DP做法
设f[i,j]为合并从i到j的石子所用最小代价。
f[i,j]=min(sum(i,j)+f[i,k]+f[k+1,j])对所有i<=k<j,其中sum(i,j)表示从i到j的石子重量之和。
设上式取等时k的值为w[i,j],有神牛证明过:w[i,j]>=w[i,j-1],w[i,j]<=w[i+1,j]
这样,枚举k的时候,就有了一个上下界,从而搞掉了一维。
GarsiaWachs算法
而GarsiaWachs算法可以把时间复杂度压缩到O(nlogn)。
具体的算法及证明可以参见《The Art of Computer Programming》第3卷6.2.2节Algorithm G和Lemma W,Lemma X,Lemma Y,Lemma Z。
只能说一个概要吧:
设一个序列是A[0..n-1],每次寻找最小的一个满足A[k-1]<=A[k+1]的k,(方便起见设A[-1]和A[n]等于正无穷大)
那么我们就把A[k]与A[k-1]合并,之后找最大的一个满足A[j]>A[k]+A[k-1]的j,把合并后的值A[k]+A[k-1]插入A[j]的后面。
有定理保证,如此操作后问题的答案不会改变。
举个例子:
186 64 35 32 103
因为35<103,所以最小的k是3,我们先把35和32删除,得到他们的和67,并向前寻找一个第一个超过67的数,把67插入到他后面
186 64(k=3,A[3]与A[2]都被删除了) 103
186 67(遇到了从右向左第一个比67大的数,我们把67插入到他后面) 64 103
186 67 64 103 (有定理保证这个序列的答案加上67就等于原序列的答案)
现在由5个数变为4个数了,继续!
186 (k=2,67和64被删除了)103
186 131(就插入在这里) 103
186 131 103
现在k=2(别忘了,设A[-1]和A[n]等于正无穷大)
234 186
420
最后的答案呢?就是各次合并的重量之和呗。420+234+131+67=852,哈哈,算对了。
证明嘛,基本思想是通过树的最优性得到一个节点间深度的约束,之后 证明操作一次之后的解可以和原来的解一一对应,并保证节点移动之后他所在的 深度不会改变。详见TAOCP。
实现
具体实现这个算法需要一点技巧,精髓在于不停快速寻找最小的k,即维护一个“2-递减序列”
朴素的实现的时间复杂度是O(n*n),但可以用一个平衡树来优化(好熟悉的优化方法),使得最终复杂度为O(nlogn)
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#include <cstdio> #define NMax 50000 using namespace std; int A[NMax],N,T; int ret; void combine(int k){ int tmp=A[k]+A[k-1],j; ret+=tmp; for (int i=k;i<T-1;i++)A[i]=A[i+1]; T--; for (j=k-1;j>0 && A[j-1]<tmp;j--)A[j]=A[j-1]; A[j]=tmp; while (j>=2 && A[j]>=A[j-2]){ int d=T-j; combine(j-1); j=T-d; } } int main() { while (scanf("%d",&N),N){ for (int i=0;i<N;i++)scanf("%d",A+i); T=1;ret=0; for (int i=1;i<N;i++){ A[T++]=A[i]; while (T>=3 && A[T-3]<=A[T-1])combine(T-2); } while (T>1)combine(T-1); printf("%d\n",ret); } return 0; } |