传纸条(一)
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难度:5
- 描述
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小渊和小轩是好朋友也是同班同学,他们在一起总有谈不完的话题。一次素质拓展活动中,班上同学安排做成一个m行n列的矩阵,而小渊和小轩被安排在矩阵对角线的两端,因此,他们就无法直接交谈了。幸运的是,他们可以通过传纸条来进行交流。纸条要经由许多同学传到对方手里,小渊坐在矩阵的左上角,坐标(1,1),小轩坐在矩阵的右下角,坐标(m,n)。从小渊传到小轩的纸条只可以向下或者向右传递,从小轩传给小渊的纸条只可以向上或者向左传递。在活动进行中,小渊希望给小轩传递一张纸条,同时希望小轩给他回复。班里每个同学都可以帮他们传递,但只会帮他们一次,也就是说如果此人在小渊递给小轩纸条的时候帮忙,那么在小轩递给小渊的时候就不会再帮忙。反之亦然。
还有一件事情需要注意,全班每个同学愿意帮忙的好感度有高有低(注意:小渊和小轩的好心程度没有定义,输入时用0表示),可以用一个0-1000的自然数来表示,数越大表示越好心。小渊和小轩希望尽可能找好心程度高的同学来帮忙传纸条,即找到来回两条传递路径,使得这两条路径上同学的好心程度之和最大。现在,请你帮助小渊和小轩找到这样的两条路径。
- 输入
- 第一行输入N(0<N<100)表示待测数据组数。
每组测试数据输入的第一行有2个用空格隔开的整数m和n,表示班里有m行n列(2<=m,n<=50)。
接下来的m行是一个m*n的矩阵,矩阵中第i行j列的整数表示坐在第i行j列的学生的好心程度(不大于1000)。每行的n个整数之间用空格隔开。 - 输出
- 每组测试数据输出共一行,包含一个整数,表示来回两条路上参与传递纸条的学生的好心程度之和的最大值。
- 样例输入
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1 3 3 0 3 9 2 8 5 5 7 0
- 样例输出
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题目解析:
本道题需用到的算法为动态规划。
题目中提到在 m 行 n 列且带有权值的矩阵中从(1,1)到(m,n)找一条路径,然后再从(m,n)到(1,1)找一条路径,这两天路径不能重复,即每个点只能两个人只能走一次,且不可以回退,即第一条只能向下或向右,第二条只能向上或向左。化简后可知:其实就是从(1,1)到(m,n)找两条路径,这两条路径只能向下或向右且不相交,计算出这两条路径的权值和的最大值即可。
所以很容易构想出动态规划方程:
两个人走,利用四维的数组 dp[x1][y1][x2][y2] 来保存路径中间过程的权值之和的最大值,其中 x1 y1 x2 y2 分别表示两个人的位置。
每个人现在的位置都有两种可能:从他的上边或左边;两个人组合就有四种可能,因此:构造出动态规划方程(map[x][y] 表示权值,即好心程度):
dp[x1][y1][x2][y2] = max(dp[x1-1][y1][x2-1][y2], dp[x1][y1-1][x2-1][y2], dp[x1][y1-1][x2][y2-1], dp[x1-1][y1][x2][y2-1]) + map[x1][y1] + map[x2][y2];
此方程的时间复杂度为 O(n4)。因此可以进一步优化:
假如现在是 5 x 5 的矩阵,每个人从起点走三步,会出现四种情况。
这四种情况的坐标分别为:(0,3)(1,2) (2,1) (3,0)。通过这四个坐标,发现一个规律: 0 + 3 = 1 + 2 = 2 + 1 = 3 + 0 = 3 = k (k为走的步数)。所有,x1 + x2 = k , x2 + y2 = k。所以,y = k - x。因此,三维的动态规划方程为:
dp[k][x1][x2] = max(dp[k-1][x1][x2], dp[k-1][x1-1][x2-1], dp[k-1][x1-1][x2], dp[k-1][x1][x2-1]) + map[x1][k-x1] + map[x2][k-x2];
其中,dp[k][x1][x2] 就是四维的 dp[x1][y1][x2][y2],dp[k-1][x1][x2] 就是四维的 dp[x1][y1-1][x2][y2-1],map[x1][k-x1] 就是四维的 dp[x1][y1],以此类推。
此方程的时间复杂度为 O(n3)。因此还可以进一步优化:
从三维的动态规划方程可以发现,前一步总是 k - 1,所以,二维的动态规划方程可以优化为:
dp[x1][x2] = max(dp[x1][x2], dp[x1 - 1][x2 - 1], dp[x1 - 1][x2], dp[x1][x2 - 1]) + map[x1][k - x1] + map[x2][k - x2];
此方程的时间复杂度为 O(n2)。
示例代码1 [四维数组]:
示例代码2 [三维数组]:
示例代码3 [二维数组]: