动态规划专题(五)——斜率优化DP

前言

斜率优化\(DP\)是难倒我很久的一个算法,我花了很长时间都难以理解。后来,经过无数次的研究加以对一些例题的理解,总算啃下了这根硬骨头。


基本式子

斜率优化\(DP\)的式子略有些复杂,大致可以表示成这样:

\[f_i=min_{j=1}^{i-1}(A(j)-B(j)*S(i)+C(i))\]

其中\(A(j)\)和\(B(j)\)是两个只与\(j\)有关的函数,\(S(i)\)和\(C(i)\)是两个只与\(i\)有关的函数,式子中的\(min\)其实也可以替换成\(max\),但这里以\(min\)为例。

不难发现,如果只有\(A(j)\)和\(C(i)\)两项,就是单调队列优化\(DP\)的基本式子了。

但是,由于式子中含有\(B(j)*S(i)\)这一项既与\(i\)相关,又与\(j\)相关的式子,就不能直接用单调队列,而要进行一定转化了。

考虑将\(A(j)\)移到等号左边,并将\(f_i\)移到等号右边,则原式可以转化成这样:

\[A(j)=B(j)*S(i)+(f_i-C(i))\]

注意,在\(i\)不变的时候,我们可以将只与\(i\)有关的项看成常数项。

于是,这个函数就可以看作一条直线,其中\(S(i)\)就相当于这条直线的斜率,而\(f_i-C(i)\)就相当于这条直线的截距

而\(C(i)\)是固定的,因此,如果要让\(f_i\)最小,则应让\(f_i-C(i)\)最小,对应到图像中就是让截距最小。

那么应如何让截距最小呢?


大致思路

首先,我们可以想象有一条斜率固定的直线(我太懒,不想画图... ...),然后图上有若干个点,现在要用这条直线从图的最下方往上慢慢移动,直至碰到第一个点,而这个点就是我们要找的最优点。

则不难发现,如果连续的三个点呈上凸状,则无论该直线斜率取多少,碰到的第一个点都不可能是中间这个点。

换句话说,就是中间这个点对答案没有任何贡献了。

于是就有一个策略:当我们要加入一个新的点时,比较当前点与前一个插入的点\(S_1\)、前一个插入的点与倒数第二个插入的点的斜率\(S_2\),如果\(S_1\le S_2\),则可将前一个插入的点弹出。

重复此操作,直至\(S_1>S_2\)或图上只剩一个点,然后将当前点插入。


如何求最优解

但是,这样一来,我们好像还是没能求出最优解。

此时又有两种操作方式:在凸包上二分单调队列维护最优解

对于某些问题,它可以确保决策单调性,即一个点如果当前不是最优解,则以后都不可能是最优解了。这样的问题可以直接用单调队列来维护最优解。

但有些问题却不一定满足这种性质,此时就需要在凸包上二分最优解了,但依然需要用单调队列来维护点集。

所以,如果你不会单调队列,最好赶紧去研究一下,然后再学习斜率优化\(DP\)。


几道例题

第一道例题: 【BZOJ2726】[SDOI2012] 任务安排

听说是入门题?洛谷上的弱化版可以直接单调队列维护,但是\(BZOJ\)上存在负数,需要在凸包上二分。

第二道例题: 【CF311B】Cats Transport

一眼看上去像是\(WQS\)二分,其实题意转换后可以直接斜率优化。

第三道例题: 【洛谷3648】[APIO2014] 序列分割

一开始觉得是区间\(DP\),结果一看数据范围,推了波性质,才发现其实可以用斜率优化\(DP\)来做。

原文地址:https://www.cnblogs.com/chenxiaoran666/p/SlopeDP.html

时间: 2024-10-08 05:12:23

动态规划专题(五)——斜率优化DP的相关文章

bzoj-4518 4518: [Sdoi2016]征途(斜率优化dp)

题目链接: 4518: [Sdoi2016]征途 Description Pine开始了从S地到T地的征途. 从S地到T地的路可以划分成n段,相邻两段路的分界点设有休息站. Pine计划用m天到达T地.除第m天外,每一天晚上Pine都必须在休息站过夜.所以,一段路必须在同一天中走完. Pine希望每一天走的路长度尽可能相近,所以他希望每一天走的路的长度的方差尽可能小. 帮助Pine求出最小方差是多少. 设方差是v,可以证明,v×m^2是一个整数.为了避免精度误差,输出结果时输出v×m^2. In

[bzoj 1911][Apio 2010]特别行动队(斜率优化DP)

题目:http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=1911 分析: 首先可以的到裸的方程f[i]=max{f[j]+a*(Si-Sj)^2+b*(Si-Sj)+c} 0<j<i 简化一下方程,我们知道对于一次项,最后结果肯定是b*Sn 所以可以写成f[i]=max{f[j]+a*(Si-Sj)^2+c} 0<j<i 我们不妨设0<x<y<i,且x比y优 即f[x]+a*(Si-Sx)^2+c>f[y]+a*

hdu 2993 MAX Average Problem (斜率优化dp入门)

MAX Average Problem Time Limit: 2000/1000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 32768/32768 K (Java/Others) Total Submission(s): 5855    Accepted Submission(s): 1456 Problem Description Consider a simple sequence which only contains positive integers as

hdu3507之斜率优化DP入门

Print Article Time Limit: 9000/3000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 131072/65536 K (Java/Others) Total Submission(s): 4780    Accepted Submission(s): 1437 Problem Description Zero has an old printer that doesn't work well sometimes. As it is antiqu

bzoj-1096 1096: [ZJOI2007]仓库建设(斜率优化dp)

题目链接: 1096: [ZJOI2007]仓库建设 Description L公司有N个工厂,由高到底分布在一座山上.如图所示,工厂1在山顶,工厂N在山脚.由于这座山处于高原内陆地区(干燥少雨),L公司一般把产品直接堆放在露天,以节省费用.突然有一天,L公司的总裁L先生接到气象部门的电话,被告知三天之后将有一场暴雨,于是L先生决定紧急在某些工厂建立一些仓库以免产品被淋坏.由于地形的不同,在不同工厂建立仓库的费用可能是不同的.第i个工厂目前已有成品Pi件,在第i个工厂位置建立仓库的费用是Ci.对

HDU3045 Picnic Cows(斜率优化DP)

Picnic Cows Time Limit: 8000/4000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 32768/32768 K (Java/Others) Total Submission(s): 2192    Accepted Submission(s): 675 Problem Description It’s summer vocation now. After tedious milking, cows are tired and wish to t

BZOJ 1096 [ZJOI2007]仓库建设 斜率优化dp

1096: [ZJOI2007]仓库建设 Time Limit: 20 Sec Memory Limit: 256 MB 题目连接 http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=1096 Description L公司有N个工厂,由高到底分布在一座山上.如图所示,工厂1在山顶,工厂N在山脚. 由于这座山处于高原内陆地区(干燥少雨),L公司一般把产品直接堆放在露天,以节省费用.突然有一天,L公司的总裁L先生接到气象部门的电话,被告知三天之后将有一场

HDU 2829 Lawrence (斜率优化DP或四边形不等式优化DP)

题意:给定 n 个数,要你将其分成m + 1组,要求每组数必须是连续的而且要求得到的价值最小.一组数的价值定义为该组内任意两个数乘积之和,如果某组中仅有一个数,那么该组数的价值为0. 析:DP状态方程很容易想出来,dp[i][j] 表示前 j 个数分成 i 组.但是复杂度是三次方的,肯定会超时,就要对其进行优化. 有两种方式,一种是斜率对其进行优化,是一个很简单的斜率优化 dp[i][j] = min{dp[i-1][k] - w[k] + sum[k]*sum[k] - sum[k]*sum[

BZOJ 3156: 防御准备 斜率优化DP

3156: 防御准备 Description Input 第一行为一个整数N表示战线的总长度. 第二行N个整数,第i个整数表示在位置i放置守卫塔的花费Ai. Output 共一个整数,表示最小的战线花费值. Sample Input 10 2 3 1 5 4 5 6 3 1 2 Sample Output 18 HINT 1<=N<=10^6,1<=Ai<=10^9 题解: 斜率优化DP: 首先将数组倒置 设定dp[i] 为前i的点的最优答案 易得 dp[i] = min{dp[j