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区间动态规划

2014年10月03日 ⁄ 综合 ⁄ 共 5378字 ⁄ 字号 评论关闭

1、矩阵连乘,tyvj 1198(最优矩阵连乘),关键是写出动态转移方程。用DP[i][j]表示矩阵Ai乘到Aj的最优解,P[]用来存储矩阵的行和列,M[i-1]表示矩阵i的行,M[i]表示矩阵i的列。

当i==j时,DP[i][i]=0;

当i<j时,可以假设他从k位置隔开。比方说从A3..A8。那么A1A2(A3A4A5A6A7A8)A9。我们知道若A矩阵为r1*c的矩阵,A2为c*r2的矩阵,得到的将是一个r1*r2的矩阵,且连乘次数为r1*c*r2。假设我从5位置隔开,就可以分为A1A2((A3A4A5)(A6A7A8))A9。那么这个时候的次数为:DP[3][5]+DP[6][8]+M[2]*M[5]*M[8](A3的行*A5的列*A8的列)。那么我只需要模举这其中的组合然后取最小值即可,这个时候的动态转移方程为:DP[i][j]=min(DP[i][k]+DP[k+1][j]+M[i-1]*M[k]*M[j])(i<=k<j)

问题是:你要知道DP[i][k]和DP[k+1][j]的值,你才可以和DP[i][j]做比较,才能求出DP[i][j]的值。

思想是先求出相邻组的连乘次数,如一开始算相邻两个相乘,如图:

那么每两个相乘的结果我们可以得到。同理继续求三个相邻的结果。

计算的话比方说要求A1A2A3,可以化为(A1)(A2A3)=DP[1][1]+DP[2][3]+M[0]*M[1]*M[3],依次类推结果为:DP[i][j]=DP[i][i]+DP[i+1][j]+M[i-1]*M[i]*M[j]。

只有这样做后我才可以求任意组合的次数,求出三个一组的结果后,我就可以求任意的四个矩阵连乘的最小值。如:A4A5A6A7,随便怎么组合,通过上面是计算都可以求出相应的结果。

现在讨论下范围:用r保存要求的每每相邻的组数(2<=r<=n)(从2开始是这里前提条件是i<j),i的范围为:(1<=i<=n-r+1,稍作推理就知道,当r=3时,即三个三个一组时i<=9-3+1=7),j的值固定j=r+i-1,具体见代码:

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int MAX=110;
#define min(a,b) (a)<(b)?(a):(b)
#define CLR(arr,val) memset(arr,val,sizeof(arr))
int n,M[MAX],DP[MAX][MAX];
void Matrix()
{   for(int r=2;r<=n;r++)        
        for(int i=1;i<=n-r+1;i++)  
        {   int j=r+i-1;
            DP[i][j]=DP[i+1][j]+M[i-1]*M[i]*M[j];
            for(int k=i;k<j;k++)
                DP[i][j]=min(DP[i][k]+DP[k+1][j]+M[i-1]*M[k]*M[j],DP[i][j]);
        } 
}
int main()
{   scanf("%d",&n);
    for(int i=0;i<=n;i++)
        scanf("%d",&M[i]); 
    CLR(DP,0);
    Matrix();
    cout<<DP[1][n]<<endl;     
    return 0;
}

路径输出:

#include<iostream>   
#include<cstring>   
#include<cstdio>   
using namespace std;  
const int MAX=110;  
#define CLR(arr,val) memset(arr,val,sizeof(arr))   
int n,M[MAX],DP[MAX][MAX],s[MAX][MAX];  
void Matrix()  
{   for(int r=2;r<=n;r++)          
        for(int i=1;i<=n-r+1;i++)    
        {   int j=r+i-1;  
            DP[i][j]=DP[i+1][j]+M[i-1]*M[i]*M[j];  
            s[i][j]=i; //i位置断开    
            for(int k=i;k<j;k++)  
            {   int temp=DP[i][k]+DP[k+1][j]+M[i-1]*M[k]*M[j];  
                if(temp<DP[i][j])
                {   s[i][j]=k;//k位置断开    
                    DP[i][j]=temp;
                }
            }  
        }   
}  
void Find(int i,int j)  
{   if(i==j)  
    {   cout<<'A'<<i;   
        return ;  
    }  
    if(i<s[i][j]) cout<<"(";   
    Find(i,s[i][j]);  
    if(i<s[i][j]) cout<<")";  
    if(s[i][j]+1<j) cout<<"(";    
    Find(s[i][j]+1,j);   
    if(s[i][j]+1<j) cout<<")";   
}  
int main()  
{   scanf("%d",&n);  
    for(int i=0;i<=n;i++)  
        scanf("%d",&M[i]);   
    CLR(DP,0);  
    Matrix();  
    Find(1,n);  
    cout<<endl<<DP[1][n]<<endl;       
    return 0;  
}  

2、NYOJ 15(括号匹配),令DP[i][j]表示字符串s的第i个字符到第j个字符需要添加的最少括号数。

①、当i==j时,只有一个符号,需再添加一个字符,所以DP[i][i]=1

②、当i<j时,若是s[i]与S[j]配对,那么DP[i][j]=DP[i+1][j-1];

若是不配对,那么从中任选一个字符作为分界点,i<=k<j,就有:DP[i][j]=min(DP[i][j],DP[i][k]+DP[k][j])。具体实现和上例一样:

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>
using namespace std;
const int MAX=1010;
#define min(a,b) (a)<(b)?(a):(b)
#define CLR(arr,val) memset(arr,val,sizeof(arr))
string s;
int n,DP[MAX][MAX];
bool pipei(char c1,char c2)
{   if(c1=='('&&c2==')'||c1=='['&&c2==']') return true;
    return false;  
}
int main()
{   cin>>n;
    cin.get();
    while(n--)
    {   cin>>s;    
        CLR(DP,0);
        int len=s.length();
        for(int i=1;i<=len;i++) DP[i][i]=1;
        for(int r=2;r<=len;r++)
            for(int i=1;i<=len-r+1;i++)
            {   int j=r+i-1;
                DP[i][j]=MAX; //一定要赋值 
                if(pipei(s[i-1],s[j-1])) DP[i][j]=DP[i+1][j-1];
                for(int k=i;k<j;k++)
                    DP[i][j]=min(DP[i][k]+DP[k+1][j],DP[i][j]);   
            } 
        cout<<DP[1][len]<<endl;      
    }
    return 0;
}

3、石子合并:Tyvj 1055(石子合并),和这个题目类似的是Tyvj 1062(合并傻子)

#include<iostream>
#include<cstring> 
using namespace std;
const int MAX=1010;
#define CLR(arr,val) memset(arr,val,sizeof(arr))
int n,a[MAX],sum[MAX][MAX],DP[MAX][MAX];
int Sand()
{   for(int r=2;r<=n;r++)
        for(int i=1;i<=n-r+1;i++)
        {   int j=i+r-1;
            DP[i][j]=DP[i+1][j]+sum[i][j];
            for(int k=i;k<j;k++)
                DP[i][j]=min(DP[i][j],DP[i][k]+DP[k+1][j]+sum[i][j]);
        }
    return DP[1][n]; 
} 
int main()
{   cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        cin>>a[i];
    CLR(DP,0);
    CLR(sum,0);
    for(int i=1;i<=n;i++)
        for(int j=i;j<=n;j++)
            sum[i][j]=sum[i][j-1]+a[j];        
    cout<<Sand()<<endl;           
    return 0;
} 

4、加分二叉树。Tyvj 1073(加分二叉树)

#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
const int MAX=50;
#define CLR(arr,val) memset(arr,val,sizeof(arr))
long n,a[MAX],DP[MAX][MAX],s[MAX][MAX];
int flag=1;
long Max()
{   for(int r=2;r<=n;r++)
        for(int i=1;i<=n-r+1;i++) 
        {   int j=i+r-1;
            DP[i][j]=DP[i+1][j]+a[i];
            s[i][j]=i; 
            for(int k=i+1;k<j;k++)
            {   int temp=DP[i][k-1]*DP[k+1][j]+a[k];           
                if(temp>DP[i][j])
                {   DP[i][j]=temp;
                    s[i][j]=k;
                } 
            }
        }    
    return DP[1][n];    
}
void Search(int L,int R)
{   if(L>R) return ; 
    if(flag) flag=0;
    else cout<<" "; 
    cout<<s[L][R];
    if(L==R) return ;
    Search(L,s[L][R]-1);  
    Search(s[L][R]+1,R);
}
int main()
{   cin>>n;
    CLR(DP,0);
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {   cin>>a[i];
        DP[i][i]=a[i]; 
    }
    cout<<Max()<<endl;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        s[i][i]=i; //子树为空,本身就为树的根节点 
    Search(1,n);
    cout<<endl;
    return 0;
}

题5:牢房:

描述

        SB王国中有一个奇怪的监狱,这个监狱里一共有P间牢房,这些牢房一字排开,从左到右按1到P进行编号,第i间后面紧挨着第(i+1)间(最后一间除外)。现在有P名罪犯被关押在这P间牢房里。某一天,上级下发了一个释放名单,要求每天释放名单上的一个人。这可把监狱中的看守们吓得不轻,因为看守们知道,现在牢房中的P个人,可以相互之间传话。如果某个人离开了,那么原来和这个人能够传上话的人都会很气愤,导致他们那天会一直大吼大叫,搞得看守们很是头疼,但是如果给这些要发火的人吃上肉,他们就会安静。现在看守们想知道,如何安排释放的顺序,才能使得他们花费的肉钱最少。1<=p<=1000,1<=Q<=100

输入

第一行两个数P和Q,Q表示要释放名单上的人数;

第二行Q个数,表示释放哪些人

输出

仅一行,表示最少给多少人次送肉.

样例输入

20 3
3 6 14

样例输出

35

提示:(样例说明)

       先释放14号监狱中的罪犯,要给1到13号监狱和15到20号监狱中的19人送肉吃;再释放6号监狱中的罪犯,要给1到5号监狱和7到13号监狱中的12人送肉吃;最后释放3号监狱中的罪犯,要给1到2号监狱和4到5号监狱中的4人送肉吃。

分析:用DP[i][j]表示在[i,j]区间所有该被释放的人都被释放的最小支付代价。

若是释放k,那么代价为DP[i][k-1]+DP[k+1][j]+(j-i),所以动态转移方程为:DP[i][j]=min(DP[i][k-1]+DP[k+1][j]+(j-i)).

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<algorithm> 
using namespace std;
const int MAX=1010;
const int Inf=100000000;
int n,m,a[MAX],sum[MAX],DP[MAX][MAX];
int main()
{   for(int i=0;i<MAX;i++) 
    {   fill(DP[i],DP[i]+MAX,Inf);
        DP[i][i]=0; 
    } 
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=1;i<=m;i++)
        scanf("%d",&a[i]);
    sort(a+1,a+m+1);  
    for(int i=1;i<=m;i++)
        sum[i]=a[i]-a[i-1]-1;
    sum[m+1]=n-a[m];
    for(int i=1;i<=m+1;i++)
        sum[i]=sum[i]+sum[i-1];
    for(int i=m+1;i>=1;i--)
        for(int j=i+1;j<=m+1;j++)
            for(int k=i;k<j;k++)
                DP[i][j]=min(DP[i][j],DP[i][k]+DP[k+1][j]+sum[j]-sum[i-1]+j-i-1);          
    printf("%d\n",DP[1][m+1]);
    return 0;
}

 

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