石子合并问题

xiaoxiao2021-02-28  106

石子合并问题是最经典的DP问题。首先它有如下3种题型:

(1)有N堆石子,现要将石子有序的合并成一堆,规定如下:每次只能移动任意的2堆石子合并,合并花费为新合成的一堆石子的数量。求将这N堆石子合并成一堆的总花费最小(或最大)。

分析:当然这种情况是最简单的情况,合并的是任意两堆,直接贪心即可,每次选择最小的两堆合并。本问题实际上就是哈夫曼的变形。

(2)有N堆石子,现要将石子有序的合并成一堆,规定如下:每次只能移动相邻的2堆石子合并,合并花费为新合成的一堆石子的数量。求将这N堆石子合并成一堆的总花费最小(或最大)。

  分析:我们熟悉矩阵连乘,知道矩阵连乘也是每次合并相邻的两个矩阵,那么石子合并可以用矩阵连乘的方式来解决。 设dp[i][j]表示第i到第j堆石子合并的最优值,sum[i][j]表示第i到第j堆石子的总数量。那么就有状态转移公式: [cpp]  view plain  copy   #include <iostream>   #include <string.h>   #include <stdio.h>      using namespace std;   const int INF = 1 << 30;   const int N = 205;      int dp[N][N];   int sum[N];   int a[N];      int getMinval(int a[],int n)   {       for(int i=0;i<n;i++)           dp[i][i] = 0;       for(int v=1;v<n;v++)       {           for(int i=0;i<n-v;i++)           {               int j = i + v;               dp[i][j] = INF;               int tmp = sum[j] - (i > 0 ? sum[i-1]:0);               for(int k=i;k<j;k++)                   dp[i][j] = min(dp[i][j],dp[i][k]+dp[k+1][j] + tmp);           }       }       return dp[0][n-1];   }      int main()   {       int n;       while(scanf("%d",&n)!=EOF)       {           for(int i=0;i<n;i++)               scanf("%d",&a[i]);           sum[0] = a[0];           for(int i=1;i<n;i++)               sum[i] = sum[i-1] + a[i];           printf("%d\n",getMinval(a,n));       }       return 0;   }   直线取石子问题的平行四边形优化: [cpp]  view plain  copy   #include <iostream>   #include <string.h>   #include <stdio.h>      using namespace std;   const int INF = 1 << 30;   const int N = 1005;      int dp[N][N];   int p[N][N];   int sum[N];   int n;      int getMinval()   {       for(int i=1; i<=n; i++)       {           dp[i][i] = 0;           p[i][i] = i;       }       for(int len=1; len<n; len++)       {           for(int i=1; i+len<=n; i++)           {               int end = i+len;               int tmp = INF;               int k = 0;               for(int j=p[i][end-1]; j<=p[i+1][end]; j++)               {                   if(dp[i][j] + dp[j+1][end] + sum[end] - sum[i-1] < tmp)                   {                       tmp = dp[i][j] + dp[j+1][end] + sum[end] - sum[i-1];                       k = j;                   }               }               dp[i][end] = tmp;               p[i][end] = k;           }       }       return dp[1][n];   }      int main()   {       while(scanf("%d",&n)!=EOF)       {           sum[0] = 0;           for(int i=1; i<=n; i++)           {               int val;               scanf("%d",&val);               sum[i] = sum[i-1] + val;           }           printf("%d\n",getMinval());       }       return 0;   }   (3)问题(2)的是在石子排列是直线情况下的解法,如果把石子改为环形排列,又怎么做呢? 分析:状态转移方程为: 其中有: [cpp]  view plain  copy   #include <iostream>   #include <string.h>   #include <stdio.h>      using namespace std;   const int INF = 1 << 30;   const int N = 205;      int mins[N][N];   int maxs[N][N];   int sum[N],a[N];   int minval,maxval;   int n;      int getsum(int i,int j)   {       if(i+j >= n) return getsum(i,n-i-1) + getsum(0,(i+j)%n);       else return sum[i+j] - (i>0 ? sum[i-1]:0);   }      void Work(int a[],int n)   {       for(int i=0;i<n;i++)           mins[i][0] = maxs[i][0] = 0;       for(int j=1;j<n;j++)       {           for(int i=0;i<n;i++)           {               mins[i][j] = INF;               maxs[i][j] = 0;               for(int k=0;k<j;k++)               {                   mins[i][j] = min(mins[i][j],mins[i][k] + mins[(i+k+1)%n][j-k-1] + getsum(i,j));                   maxs[i][j] = max(maxs[i][j],maxs[i][k] + maxs[(i+k+1)%n][j-k-1] + getsum(i,j));               }           }       }       minval = mins[0][n-1];       maxval = maxs[0][n-1];       for(int i=0;i<n;i++)       {           minval = min(minval,mins[i][n-1]);           maxval = max(maxval,maxs[i][n-1]);       }   }      int main()   {       while(scanf("%d",&n)!=EOF)       {           for(int i=0;i<n;i++)               scanf("%d",&a[i]);           sum[0] = a[0];           for(int i=1;i<n;i++)               sum[i] = sum[i-1] + a[i];           Work(a,n);           printf("%d %d\n",minval,maxval);       }       return 0;   }   可以看出,上面的(2)(3)问题的时间复杂度都是O(n^3),由于过程满足平行四边形法则,故可以进一步优化到O(n^2)。 原处:http://blog.csdn.net/acdreamers/article/details/18039073
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