NOIP2017 PJ 跳房子 —— 单调队列优化DP

题目描述###

跳房子,也叫跳飞机,是一种世界性的儿童游戏,也是中国民间传统的体育游戏之一。跳房子的游戏规则如下:
在地面上确定一个起点,然后在起点右侧画n个格子,这些格子都在同一条直线上。每个格子内有一个数字(整数),表示到达这个格子能得到的分数。玩家第一次从起点开始向右跳,跳到起点右侧的一个格子内。第二次再从当前位置继续向右跳,依此类推。规则规定:玩家每次都必须跳到当前位置右侧的一个格子内。玩家可以在任意时刻结束游戏,获得的分数为曾经到达过的格子中的数字之和。
现在小R研发了一款弹跳机器人来参加这个游戏。但是这个机器人有一个非常严重的缺陷,它每次向右弹跳的距离只能为固定的d。小R希望改进他的机器人,如果他花g个金币改进他的机器人,那么他的机器人灵活性就能增加g,但是需要注意的是,每次弹跳的距离至少为1。具体而言,当g<d时,他的机器人每次可以选择向右弹跳的距离为d-g,d-g+1,d-g+2,…,d+g-2,d+g-1,d+g;否则(当g≥d时),他的机器人每次可以选择向右弹跳的距离为1,2,3,…,d+g-2,d+g-1,d+g。
现在小R希望获得至少k分,请问他至少要花多少金币来改造他的机器人。

输入输出格式###

输入格式:
第一行三个正整数 n , d , k ,分别表示格子的数目,改进前机器人弹跳的固定距离,以及希望至少获得的分数。相邻两个数 之间用一个空格隔开。
接下来 n 行,每行两个正整数 xi, si ,分别表示起点到第 i 个格子的距离以及第 i 个格子的分数。两个数之间用一个空格隔开。保证 xi 按递增顺序输入。

输出格式:
共一行,一个整数,表示至少要花多少金币来改造他的机器人。若无论如何他都无法获得至少 k 分,输出 -1 。

输入输出样例###

输入样例#1:
7 4 10
2 6
5 -3
10 3
11 -3
13 1
17 6
20 2
输出样例#1:
2
样例1说明:
2个金币改进后, 小 R 的机器人依次选择的向右弹跳的距离分别为2,3,5,3,4,3, 先后到达的位置分别为 2,5,10,13,17,20, 对应1,2,3,5,6,7 这6 个格子。这些格子中的数字之和 15 即为小 R 获得的分数。

样例 2输入:
7 4 20
2 6
5 -3
10 3
11 -3
13 1
17 6
20 2
样例2输出:
-1
样例2说明:
由于样例中 7 个格子组合的最大可能数字之和只有 18 ,无论如何都无法获得20分。

解题思路###

通过对问题进行分析,发现“花的钱越多跳到范围越广,更容易满足条件”,显然答案有单调性,所以二分答案。
二分花多少钱,检验能否拿到k分,考虑怎么Check?
答案的check可以DP,因为从左往右跳跃的过程是线性的。
看出来这应该是一个二分答案验证的套路,我们二分花费金币的数量,通过这个值确定跳跃的长度范围,可以用这样的DP来计算到每个位置为终点的最大路径和。
f[i]表示跳前i个格子,且停在第i个格子最大分数;
num[i]表示第i个格子的分数。
于是:$ f[i]=max{ f[j] | 从j可以跳到i} + num[i] $

这样就可以判断答案的合法性了,有这么简单,它不会这么简单,算一下时间复杂度:(Θ(logN * N^2))
实现代码:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
using namespace std;
#define N 500005
#define ll long long

int n,d,sco;
ll s[N],f[N],dis[N];
 
int pd(int g) {
	int lpos=d-g;  //跳的最短距离 
    int rpos=d+g;  //跳的最长距离 
    if(lpos<=0) lpos = 1;
    memset(f,-127,sizeof(f));//设为很小的负数
    f[0]=0;
	for(int i=1;i<=n;++i) {
		for(int j=i-1;j>=0;j--) {  
			if(dis[i]-dis[j]<lpos) continue;
			if(dis[i]-dis[j]>rpos) break;
			f[i]=max(f[i],f[j]+s[i]);
			if(f[i]>=sco) return 1;
		}
	}
	return 0;
}
 
ll Bsearch() {
	ll l=0,r=dis[n]+1,mid,ans=-1; // 不一定非得一个一个跳,那样可能会到不了sco 
	while(l<r) {
		mid=(l+r)>>1;
		if(pd(mid)) r=mid;
		else l=mid+1;
	}
	return r;
}
 
int main()
{
	cin>>n>>d>>sco;
	ll sum=0;
	for(ll i=1;i<=n;++i) { 
		cin>>dis[i]>>s[i];
		if(s[i]>0) sum+=s[i];
	}
	if(sum>=sco) printf("%lld
",Bsearch());
	else printf("-1
");
	return 0;
}

因此,要考虑优化Check中的DP……
发现转移式中的f[j]是随i的右移而右移的,即:如果每次都枚举,会重复枚举很多个f[j],如果可以把这些f[j]保存下来就好了。
由于跳跃范围是定长区间,我们想到了滑动窗口,显然可以用单调队列来维护定长区间最大值,从而完成的O(1)转移。
单调队列是一个双向队列(deque),即两头都可以push或者pop等。
怎么优化呢?假设此时队列里面已经有了f[i−1]所枚举过的f[j],要得到f[i]所对应的max(f[j]),只需要把新加入的加入,不符合条件的扔出去即可。
发现,对于格子j,如果j到i的距离已经大于了机器人能跳的最大距离,它就可以扔掉了,因为i是一直往右走的。
对于格子j,如果j到i的距离大于等于机器人能跳的最小距离,显然f[j]是可以入队的,但是在把f[j]放进去之前要和队列最后面的元素f[k]比较,如果f[k]<f[j],f[k]就可以直接pop掉了。
于是,这个队列中的元素一定是下降的(注意不是优先队列,优先队列是一个堆),使用时直接取front即可。
事实上,在单调队列中存下标即可,实现时可以直接用STL中的deque(双向队列)。
实现代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

#define MAXN 500050
int pos[MAXN+5],num[MAXN+5];
int N,D,K;
int f[MAXN+5];

bool dp_check(int g)
{
    deque<int> Q;
    memset(f,0,sizeof f);
    int Lg=max(1,D-g),Rg=D+g;
    int Now=0;        //Now为当前新加入Q的格子
    for(int i=1;i<=N;i++)
    {
        while(pos[Now]+Lg<=pos[i])
        {
            while(!Q.empty()&&f[Q.back()]<=f[Now]) //!Q.empty要写在前面,否则Q.back()报错 
                Q.pop_back();
            Q.push_back(Now++);                    //不一定只放一个
        }
        while(!Q.empty()&&pos[Q.front()]+Rg<pos[i])//把队列前面不需要的pop掉
              Q.pop_front();
        if(!Q.empty()) f[i]=f[Q.front()]+num[i];   //直接取出最前面的最大值进行转移 
        else f[i]=-0x3f3f3f3f;                //否则队列为空,表示到不了这个格子
        if(f[i]>=K) return 1; //往右递推时随时都有可能>=K,而不是只在循环完后再比较f[N]与K的大小 
    }
    return 0;
}

int main()
{
    cin>>N>>D>>K;
    long long sum=0;
    for(int i=1;i<=N;i++)
    {
        cin>>pos[i]>>num[i];
        if(num[i]>0) sum+=num[i];
    }
    if(sum<K)
    {
        printf("-1
");
        return 0;
    }
    int left=0,right=pos[N];//注意答案的最大值是 pos[N],而不是N!! 
    while(left<right)
    {
        int mid=(left+right)>>1;
        if(dp_check(mid)) right=mid;
        else left=mid+1;//mid不符合条件,left右移是 mid+1
    }
    printf("%d
",right);
    return 0;
}
原文地址:https://www.cnblogs.com/tham/p/11731339.html