队列优化和斜率优化的dp

可以用队列优化或斜率优化的dp这一类的问题为 1D/1D一类问题

即状态数是O(n),决策数也是O(n)

单调队列优化

我们来看这样一个问题:一个含有n项的数列(n<=2000000),求出每一项前面的第m个数到它这个区间内的最小值

可以使用RMQ求区间最小值,那么时间复杂度是O(nlogn),不是让人很满意。

dp[i]为i-m+1->i这个区间的最小值。

那么状态转移方程是

可以看出,这个题目的状态数是O(n),决策数是O(m),且决策的区间是连续的,那么可以尝试想办法把O(m)优化成O(1)

我们可以用单调队列维护一个数据结构,这个数据结构有两个域,pos和val,pos代表下标,val代表该下标所对应的值。队列中的pos单调递增,且val也单调递增

那么当计算一个状态时,只要从队首不断弹出pos<i-m+1的数据,只要pos>=i-m+1,那么该决策就是最优的,因为队列是单调的啊。

同理,同队尾插入一个数据时,只要不断剔除val比a[i]大的数据,直到遇到小于它的,然后将该数据插入队尾。

每个数据只入队列,出队列一次,所以时间复杂度是O(n),

分析:为什么插入的时候,比a[i]大的数据可以剔除,因为j<i时,a[j] > a[i], 那么以后所有的决策中,a[i]都比a[j]更优

  为什么可以不断删除pos<i-m+1的数据,因为i是递增的,该数据对当前的i没用,那么对以后的i也是没用的。

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <string.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <algorithm>
 5 #include <iostream>
 6 #include <queue>
 7 #include <stack>
 8 #include <vector>
 9 #include <map>
10 #include <set>
11 #include <string>
12 #include <math.h>
13 using namespace std;
14 #pragma warning(disable:4996)
15 #pragma comment(linker, "/STACK:1024000000,1024000000")
16 typedef long long LL;
17 const int INF = 1<<30;
18 /*
19 */
20 const int N = 100 + 10;
21 int a[N];
22 int dp[N];
23 int q[N], head, tail;
24 int main()
25 {
26     int n, m;
27     while (scanf("%d%d", &n,&m) != EOF)
28     {
29         for (int i = 1; i <= n; ++i)
30             scanf("%d", &a[i]);
31         head = tail = 0;
32         q[tail++] = 1;
33         dp[1] = a[1];
34         for (int i = 2; i <= n; ++i)
35         {
36             while (head < tail && a[i] < a[q[tail - 1]])//插入新的元素,要使得队列依旧单调递增
37                 tail--;
38             q[tail++] = i;
39             while (head < tail && q[head] < i - m + 1)//剔除不合要求的pos
40                 head++;
41             dp[i] = a[q[head]];
42         }
43         for (int i = 1; i <= n; ++i)
44             printf("%d ", dp[i]);
45         puts("");
46         /*
47         5 3
48         1 2 3 4 5
49         1 1 1 2 3
50         */
51     }
52     return 0;
53 }

那么我们可以抽象出一类模型

需要注意到,上面要求可选的决策集是连续的。同时也可以注意到,当前决策所需要的值是不受现在的状态所影响的,即g(i)与w[x]是相互独立的。

斜率优化

我们在单调队列的最后说道,当前决策所需要的值是不受现在的状态所影响的,即g(i)与w[x]是相互独立的。

还有的1D/1D一类问题是想下面这样的。

但是如果状态转移方程是这样的: dp[i]=dp[j]+(x[i]-x[j])*(x[i]-x[j]) ,1<=j<=i   把括号化开后,得到2x[i]*x[j], 这使得当前决策所需要的值受当前状态的影响

所以上面单调队列的方法就不行了。

hdu3507

【参考文献】

《1D1D动态规划优化初步》 作者:南京师范大学附属中学 汪一宁

《用单调性优化动态规划》   JSOI2009集训队论文

《斜率优化dp》

时间: 2024-07-31 06:55:44

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