UVALive 2238 Fixed Partition Memory Management(二分完美匹配)

题意:计算机中有一些固定大小的内存,内存越大,处理速度越快。对于一个程序,加入不同的内存空间,处理所需时间不同。现给出m个内存空间,n个程序,对于每个程序程序,有k组数据(s,t),分别表示当程序 i 在某个内存环境s下对应的运行时间t。当有一个内存空间为si,一个程序的2组数据a,b,满足as<=si<bs,那么这个程序放到该内存中的运行时间是at(取下界)。已知不同的内存空间可以同时运行,同一个内存空间的程序在某一时刻只能有一个在运行。又知道一个程序从提交给计算机到运行结束这段时间为“运行时间”(所有程序在0时刻同时提交)。求出最小平均“运行时间”=总“运行时间”/n个程序,并给出每个程序在哪个内存区内运行(内存区编号1~m),以及该程序在内存区内是从何时开始运行,何时结束的。(保证不会出现程序的最小需求内存>最大内存空间)

分析:

  很复杂的题意,直观感觉就是所求的量很多,而且并非直接求最小值,是要具体的把方案求解出来。想到这里应该能确定用图论解决。进一步的,要用什么来处理,排除法也能想到匹配(其实我在刷图论专题= =)。

  确定了算法,就明确了方向,一侧必然是n个程序。那么另一侧应该是什么呢?我们求的是平均“运行时间”,那么可行顶标Lx、Ly之和就应该是最小的总“运行时间”。我们先考虑总运行时间应该怎么算呢?假设一个内存空间 i 按顺序运行3个程序a、b、c,那么这个程序总的运行时间Ti=at+(at+bt)+(at+bt+ct)=3*at+2*bt+1*ct

  (至此应该都能想到,接下来根据这个式子建模)。

  我们发现,a程序虽然是第一个完成,但它受这个内存中程序的数量以及运行次序的影响,实际贡献了3*at的时间。当我们拿到一个程序a,并放入某个内存 i 中。首先根据程序的 k 组数据可以确定at的大小。如果假定这个内存中有x个程序,a程序排在第y个,于是构造一个点(i,x,y),那么我们就可以确定边权为(x-y+1)*at。

  如此构造有何不妥之处呢?

  做最佳二分完美匹配,每个程序都对应于一个点(i,x,y),得到最小值。会不会不合常理呢?会的...因为是在交错树上沿等边增广,这里每次调整后,都必然出现许多等边((x-y+1)的大小同时受x和y影响),虽然调整交错树可能会出现多条等边,但那是巧合(数据相等),而非必然。这种必然导致的就是出现了大量的符合最小值的方案,一个任务,可以匹配点(i,x,y),也可以匹配点(i,(x+1),(y+1)),反正都在内存 i 内,at为定值。而这种任意分配是不合理的,因为最后无法确定顺序:一个内存中,若有x个程序,它的(i,x,1)可能都已经匹配,但是本该与(i,x,2)(i,x,3)匹配的点却与(i,(x-1),1)(i,(x-1),2)匹配。

  建模失败了,那么有什么可取之处?该如何改进呢?

  先找问题:1、点的构造决定了边权(x-y+1)*at,x、y同时影响是等边过多;2、时间复杂度高:一侧有S=n个点,一侧有T=m*n*n=mn2个点,所以总复杂度S*T*(S+T)=m2n5=10的10次方 = =

  重新建点,将x,y两个变量简化为一个变量,观察式子Ti=3*at+2*bt+ct,从后往前逐次+1;又边权(x-y+1)*at 中,(x-y+1)本身就表示的是系数,也可以理解为倒数第几个。于是,新的构点取(i,p):在第 i 个内存中以倒数第p个的身份出现,边权就是p*at。

  同样做最佳完美匹配。已知一种完美匹配是任意的,不仅不一定是最佳,而且不一定不合理。但是最佳二分完美匹配,一定是合理的。因为(i,p)与权值p*at相互唯一对应,杜绝了之前多条等边的情况。又有,若在内存 i 中有3个程序a,b,c,分别对应( i,1)( i,2)( i,4),必然不是最佳,c对应于( i,3)有“更佳”的权值3*ct。再考虑复杂度,S=n,T=m*n,总复杂度S*T*(S+T)=m2n3=10的7次方,可以接受。

注意:

1、S,T两侧的数组因为点数的不同,要分开处理。

2、关于n个程序与m*n个点( i,p),究竟放那一侧,我选择n个程序在S侧。其实若放T侧,貌似可以直接顺序找到每个程序对应的点( i,p),但还要处理每个程序在内存中的具体时间,复杂度上是相同的。

3、我这样处理其实也存在弊端,这是另一种(n个点在T侧)所能避免的,真亏我能想出来。

  固定内存 i ,查找p,从1找到第一个为0的点之前截止,这些点对应的 left[] 就是放在内存 i 中的程序编号。但可能n个程序都在同一个内存中,所以p的上界要定在(n+1)而不是n;这又引发了另一个问题:若n个程序都在最后一个内存中,所找到的(n+1)对应的点是第(m*n+1)个点,超出了既定的数据范围,若初始化右侧数据只是[1,m*n]的话,(m*n+1)这个点会访问到之前的数据。

  1 #include<cstdio>
  2 #include<cstring>
  3 #include<vector>
  4 #include<algorithm>
  5 #define clr(a,m) memset(a,m,sizeof(a))
  6 #define rep(i,a,b) for(int i=a;i<=b;i++)
  7 #define rrep(i,a,b) for(int i=a;i>=b;i--)
  8 using namespace std;
  9 
 10 const int MAXN=55;
 11 const int MAXM=11;
 12 const int INF =1e9;
 13 
 14 struct Point{
 15     int c,t;
 16     Point(){}
 17     Point(int _c,int _t):c(_c),t(_t){}
 18     bool operator < (const Point res)const {
 19         return c<res.c;
 20     }
 21 };
 22 
 23 struct Run{
 24     int num,l,r;
 25     Run(){}
 26     Run(int _num,int _l,int _r):num(_num),l(_l),r(_r){}
 27 }run[MAXN];
 28 int time[MAXM];
 29 
 30 int mem[MAXM],gap[MAXN][MAXN*MAXM];//数组忘记改大小了
 31 vector<Point>p[MAXN];
 32 
 33 int n,m,cnt;
 34 int Lx[MAXN],S[MAXN];
 35 int Ly[MAXN*MAXM],T[MAXN*MAXM],left[MAXN*MAXM],slack[MAXN*MAXM];
 36 
 37 void init()
 38 {
 39     rep(i,1,n)
 40         p[i].clear();
 41 }
 42 
 43 void read()
 44 {
 45     init();
 46     rep(i,1,m)
 47         scanf("%d",&mem[i]);
 48     rep(i,1,n){
 49         int k,c,t;
 50         scanf("%d",&k);
 51         rep(j,1,k){
 52             scanf("%d%d",&c,&t);
 53             p[i].push_back(Point(c,t));
 54         }
 55     }
 56     rep(i,1,n){
 57         int sz=p[i].size();
 58         rep(j,1,m){
 59             int tt;
 60             if(mem[j]<p[i][0].c)
 61                 tt=INF;
 62             else{
 63                 int x=upper_bound(p[i].begin(),p[i].end(),Point(mem[j],0))-p[i].begin();
 64                 tt=p[i][x-1].t;
 65             }
 66 
 67             rep(p,1,n){
 68                 if(tt==INF)gap[i][(j-1)*n+p]=-INF;
 69                 else gap[i][(j-1)*n+p]=-p*tt;
 70             }
 71         }
 72     }
 73 }
 74 
 75 bool match(int u)
 76 {
 77     S[u]=true;
 78     rep(v,1,n*m)
 79         if(!T[v]){
 80             int tmp=Lx[u]+Ly[v]-gap[u][v];
 81             if(tmp==0){
 82                 T[v]=true;
 83                 if(!left[v]||match(left[v])){
 84                     left[v]=u;
 85                     return true;
 86                 }
 87             }else slack[v]=min(slack[v],tmp);
 88         }
 89     return false;
 90 }
 91 
 92 void update()
 93 {
 94     int a=INF;
 95     rep(v,1,n*m)//!!
 96         if(!T[v])
 97             if(a>slack[v]){
 98                 a=slack[v];
 99             }
100     rep(i,1,n)
101         if(S[i])Lx[i]-=a;
102     rep(i,1,n*m)//!!
103         if(T[i])Ly[i]+=a;
104 
105 }
106 
107 void KM()
108 {
109     rep(i,1,n){
110         Lx[i]=-INF;
111         rep(j,1,n*m)
112             if(Lx[i]<gap[i][j]){
113                 Lx[i]=gap[i][j];
114             }
115     }
116     rep(i,1,n*m+1)
117         left[i]=Ly[i]=0;
118 
119     rep(i,1,n){
120         rep(j,1,n*m)
121             slack[j]=INF;
122         while(1)
123         {
124             rep(j,1,n)
125                 S[j]=0;
126             rep(j,1,n*m)
127                 T[j]=0;
128             if(match(i))
129                 break;
130             else{
131                 update();
132             }
133         }
134     }
135 }
136 
137 void print()
138 {
139     printf("Case %d
",++cnt);
140 
141     int ans=0;
142     rep(i,1,n)
143         ans+=Lx[i];
144     rep(i,1,n*m)
145         ans+=Ly[i];
146     printf("Average turnaround time = %.2f
",-ans*1.0/n);
147 
148     clr(time,0);
149     rep(i,1,m){
150         int sz;
151         rep(p,1,n+1)//!会不会全都在同一个内存区?放在最后一个内存区,找到的+1会越界找到上一组数据
152             if(left[(i-1)*n+p]==0){
153                 sz=p-1;
154                 break;
155             }
156         rrep(p,sz,1){
157             int x=left[(i-1)*n+p];
158             run[x]=Run(i,time[i],time[i]-gap[x][(i-1)*n+p]/p);
159             time[i]-=gap[x][(i-1)*n+p]/p;
160         }
161     }
162     rep(i,1,n)
163         printf("Program %d runs in region %d from %d to %d
",i,run[i].num,run[i].l,run[i].r);
164 }
165 
166 int main()
167 {
168     cnt=0;
169     while(~scanf("%d%d",&m,&n))
170     {
171         if(!n&&!m)
172             return 0;
173         if(cnt)puts("");
174         read();
175         KM();
176         print();
177     }
178     return 0;
179 }
180 /*
181 2 4
182 40 60
183 1 35 4
184 1 20 3
185 1 40 10
186 1 60 7
187 2 2
188 20 40
189 2 20 100 40 2
190 2 20 100 40 3
191 */
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