上目錄:
目錄
題目描述
輸入格式
輸出格式
輸入輸出樣例
說明/提示
一、DP的意義以及線性動規簡介
在一個困難的嵌套決策鏈中,決策出最優解。
二、動態規劃性質淺談
三、子序列問題
(一)一個序列中的最長上升子序列(LIS)
1、n^2做法
下一狀態最優值=最優比較函數(已經記錄的最優值,可以由先前狀態得出的最優值)
2、n^log(n) 做法
(二)兩個序列中的最長公共子序列(LCS)
dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i?1][j?1]+1);
dp[i][j]=max(dp[i?1][j],dp[i][j?1]
你可能很奇怪,為神馬六級第一關是下樓梯?其實你去考場就要下樓梯,呵呵。
不說了,先看看考點:
我們要好好下樓梯,不要學小楊同學這樣下樓梯:
題目描述
小楊發現,下樓梯時每步可以走?1?個臺階、2?個臺階或?3?個臺階。現在一共有?N?個臺階,你能幫小楊算算有多少種下樓梯方案嗎?
輸入格式
輸入一行,包含一個整數?N。
輸出格式
輸出一行一個整數表示答案。
輸入輸出樣例
輸入 #1
4
輸出 #1
7
輸入 #2
10
輸出 #2
274
說明/提示
對全部的測試點,保證?1≤N≤60。
周知眾所,連下兩個或三個臺階會讓小楊滾下樓梯,他不會那么做,故輸出1即可。
題目是題目,現實是現實,你不要搶戲!
動態規劃發自內心的一句話。
上面是有名的一個人——騙分神說的話,大家別當真。
一、DP的意義以及線性動規簡介
動態規劃自古以來是DALAO凌虐萌新的分水嶺,但有些OIer認為并沒有這么重要——會打暴力,大不了記憶化。但是其實,動態規劃學得好不好,可以彰顯出一個OIer的基本素養——能否富有邏輯地思考一些問題,以及更重要的——能否將數學、算籌學(決策學)、數據結構合并成一個整體并且將其合理運用。
而我們首先要了解的,便是綜合難度在所有動規題里最為簡單的了。線性動規既是一切動規的基礎,同時也可以廣泛解決生活中的各項問題——比如我們需要決策在相同的時間內做價值盡量大的事情,該如何決策,最優解是什么——這就引出了動態規劃的真正含義:
在一個困難的嵌套決策鏈中,決策出最優解。
二、動態規劃性質淺談
首先,動態規劃和遞推有些相似(尤其是線性動規),但是不同于遞推的是:
遞推求出的是數據,所以只是針對數據進行操作;而動態規劃求出的是最優狀態,所以必然也是針對狀態的操作,而狀態自然可以出現在最優解中,也可以不出現——這便是決策的特性。
其次,由于每個狀態均可以由之前的狀態演變形成,所以動態規劃有可推導性,但同時,動態規劃也有無后效性,即每個當前狀態會且僅會決策出下一狀態,而不直接對未來的所有狀態負責,可以理解為未來與過去無關。
三、子序列問題
(一)一個序列中的最長上升子序列(LIS)
例:由6個數,分別是: 1 7 6 2 3 4,求最長上升子序列。
評析:首先,我們要理解什么叫做最長上升子序列:1、最長上升子序列的元素不一定相鄰 2、最長上升子序列一定是原序列的子集。所以這個例子中的LIS就是:1 2 3 4,共4個
1、n^2做法
首先我們要知道,對于每一個元素來說,最長上升子序列就是其本身。那我們便可以維護一個dp數組,使得dp[i]表示以第i元素為結尾的最長上升子序列長度,那么對于每一個dp[i]而言,初始值即為1.
那么dp數組怎么求呢?我們可以對于每一個i,枚舉在i之前的每一個元素j,然后對于每一個dp[j],如果元素i大于元素j,那么就可以考慮繼承,而最優解的得出則是依靠對于每一個繼承而來的dp值,取max.
for(int i=1;i<=n;i++){dp[i]=1;//初始化 for(int j=1;j<i;j++)//枚舉i之前的每一個j if(data[j]<data[i] && dp[i]<dp[j]+1)//用if判斷是否可以拼湊成上升子序列,//并且判斷當前狀態是否優于之前枚舉//過的所有狀態,如果是,則↓ dp[i]=dp[j]+1;//更新最優狀態 }
最后,因為我們對于dp數組的定義是到i為止的最長上升子序列長度,所以我們最后對于整個序列,只需要輸出dp[n](n為元素個數)即可。
從這個題我們也不難看出,狀態轉移方程可以如此定義:
下一狀態最優值=最優比較函數(已經記錄的最優值,可以由先前狀態得出的最優值)
2、n^log(n) 做法
我們其實不難看出,對于n^2做法而言,其實就是暴力枚舉:將每個狀態都分別比較一遍。但其實有些沒有必要的狀態的枚舉,導致浪費許多時間,當元素個數到了100004?100005以上時,就已經超時了。而此時,我們可以通過另一種動態規劃的方式來降低時間復雜度:
將原來的dp數組的存儲由數值換成該序列中,上升子序列長度為i的上升子序列,的最小末尾數值。
這其實就是一種幾近貪心的思想:我們當前的上升子序列長度如果已經確定,那么如果這種長度的子序列的結尾元素越小,后面的元素就可以更方便地加入到這條我們臆測的、可作為結果、的上升子序列中。
一定要好好看注釋啊!
3、路徑
只要記錄前驅,然后遞歸輸出即可(也可以用棧)
下面貼出完整代碼
#include <iostream>
using namespace std;
const int MAXN = 1000 + 10;
int n, data[MAXN];
int dp[MAXN];
int from[MAXN];
void output(int x)
{if(!x)return;output(from[x]);cout<<data[x]<<" ";//迭代輸出
}
int main()
{cin>>n;for(int i=1;i<=n;i++)cin>>data[i];// DPfor(int i=1;i<=n;i++){dp[i]=1;from[i]=0;for(int j=1;j<i;j++)if(data[j]<data[i] && dp[i]<dp[j]+1){dp[i]=dp[j]+1;from[i]=j;//逐個記錄前驅 }}int ans=dp[1], pos=1;for(int i=1;i<=n;i++)if(ans<dp[i]){ans=dp[i];pos=i;//由于需要遞歸輸出//所以要記錄最長上升子序列的最后一//個元素,來不斷回溯出路徑來 }cout<<ans<<endl;output(pos);return 0;
}
(二)兩個序列中的最長公共子序列(LCS)
1、譬如給定2個序列:
1 2 3 4 53 2 1 4 5
試求出最長的公共子序列。
顯然長度是3,包含3??4??5?三個元素(不唯一)
解析:我們可以用dp[i][j]來表示第一個串的前i位,第二個串的前j位的LCS的長度,那么我們是很容易想到狀態轉移方程的:
如果當前的A1[i]和A2[j]相同(即是有新的公共元素) 那么
dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i?1][j?1]+1);
如果不相同,即無法更新公共元素,考慮繼承:
dp[i][j]=max(dp[i?1][j],dp[i][j?1]
那么代碼:
#include<iostream>
using namespace std;
int dp[1001][1001],a1[2001],a2[2001],n,m;
int main()
{//dp[i][j]表示兩個串從頭開始,直到第一個串的第i位 //和第二個串的第j位最多有多少個公共子元素 cin>>n>>m;for(int i=1;i<=n;i++)scanf("%d",&a1[i]);for(int i=1;i<=m;i++)scanf("%d",&a2[i]);for(int i=1;i<=n;i++)for(int j=1;j<=m;j++){dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-1]);if(a1[i]==a2[j])dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i-1][j-1]+1);//因為更新,所以++; }cout<<dp[n][m];
}
2、而對于洛谷P1439而言,不僅是卡上面的樸素算法,也考察到了全排列的性質:
對于這個題而言,樸素算法是n^2的,會被10^5卡死,所以我們可以考慮nlogn的做法:
因為兩個序列都是1?n的全排列,那么兩個序列元素互異且相同,也就是說只是位置不同罷了,那么我們通過一個map數組將A序列的數字在B序列中的位置表示出來——
因為最長公共子序列是按位向后比對的,所以a序列每個元素在b序列中的位置如果遞增,就說明b中的這個數在a中的這個數整體位置偏后,可以考慮納入LCS——那么就可以轉變成nlogn求用來記錄新的位置的map數組中的**LIS**。
最后貼n^log(n)代碼:
#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
int a[100001],b[100001],map[100001],f[100001];
int main()
{int n;cin>>n;for(int i=1;i<=n;i++){scanf("%d",&a[i]);map[a[i]]=i;}for(int i=1;i<=n;i++){scanf("%d",&b[i]);f[i]=0x7fffffff;}int len=0;f[0]=0;for(int i=1;i<=n;i++){int l=0,r=len,mid;if(map[b[i]]>f[len])f[++len]=map[b[i]];else {while(l<r){ mid=(l+r)/2;if(f[mid]>map[b[i]])r=mid;else l=mid+1; }f[l]=min(map[b[i]],f[l]);}}cout<<len;return 0
}
那么,這個題怎么解?
顯然,設dp[i]為下到第i級臺階時的走法數,則有dp[i]=dp[i-1]+dp[i-2]+dp[i-3];
dp[0]=1;不走也是一種走法
dp[1]=1;
dp[2]=2;
dp[3]=4;
好啦,你過了六級的第一關!不過是不是有跳關通道?我不知道啊。