P2258 子矩阵
原題鏈接https://www.luogu.org/problemnew/show/P2258
高中學長lwy給我們講了下這道難題。
其實這道題的思路很簡單:暴力枚舉每種行和列的排列情況,求出最小的分數;顯然這道藍題是不會這么輕易讓你AC的,好像只能得60分,所以我們考慮加上DP做法;
做法的結構大致是這樣的:首先枚舉其行的排列情況(類似全排列,只是元素個數確定),然后,對于每一種行的排列情況,DP出它列的最優情況,然后取所有行的排列情況的最優情況的最小值。
這樣的話時間復雜度會大大降低的。
代碼實現
我們先開幾個數組:
a [ i ][ j ]:矩陣第 i 行第 j 列的數;
dp [ i ][ j ]:枚舉列要用,表示前 i 列我們已經選了 j 列所得到的最小分值,注意要選第 i 列(這 j 列中包含第 i 列);
ver [ i ]:第 i 列上下絕對值差的和;
del [ i ][ j ]:第 i 列和第 j 列左右絕對值差的和;
hang [ i ]:枚舉的子矩陣的第 i 行在原大矩陣的行數;
大體代碼思路:
我們先一遍dfs,找出行的全排列,當我們找夠了 r 行的時候,我們去再去找所有的 c 列,然后我們一遍DP求出當前行情況的最小分值,然后接著回到 dfs 找其他的行排列,直到找出所有的行排列為止;
先看一下 dfs 的代碼吧,處理的是找行的全排列的過程:
void dfs(int now, int pos) //我們當前正在選第now行,這一行在原矩陣中是第pos行
{
if (now == r + 1) //如果超出了r行,說明我們已經選完了r行,開始進行dp操作
{
Dp();
return;
}
if (pos == n + 1) //判斷是否在原矩陣范圍內
return;
for (int i = pos; i <= n; i++)//從第pos行開始往后選
hang[now] = i, dfs(now + 1, i + 1); //繼續往下選
//hang[now]=i :在子矩陣里的第now行就是原矩陣的第i行
}
dfs 的過程應該不難理解,接下來就是最重要的 dp 過程了!
我們在用 dp 求當前行排列的最小分值之前,我們還要有一步預處理操作,就是將ver,del 數組先處理出來;
預處理ver,del 數組
這個其實很好實現,我們只要嚴格套上面這兩個數組的定義就好啦。
先看ver 數組怎么弄,我們回過頭來看這個數組的定義:
ver [ i ]:第 i 列上下絕對值差的和;
你看,我們現在把其中一種行排列給確定下來了,接下來要做的就是枚舉每一列,然后我們再枚舉子矩陣的每一行,套定義用下一行的值減去上一行的值再取絕對值就好啦(這里的行都是指的子矩陣),注意求和:
for (int i = 1; i <= m; i++) //枚舉每一列
for (int j = 2; j <= r; j++) //枚舉子矩陣的每一行
ver[i] += abs(a[hang[j]][i] - a[hang[j - 1]][i]) ; //利用hang數組回到原矩陣去尋找值
再看一下del數組怎么弄,我們再回過頭來看這個數組的定義:
del [ i ][ j ]:第 i 列和第 j 列左右絕對值差的和;
你會發現這個好像跟處理 ver 數組的方法差不多嘛:先枚舉每一列 i,然后再來一層枚舉列 k,不過這時候 k > i(因為我們要做左右差的絕對值和),然后枚舉子矩陣的每一行,第 k 列的值減去第 i 列的值再取絕對值就好啦:
for (int i = 1; i <= m; i++) //枚舉每一列 i
for (int k = i + 1; k <= m; k++) //再找 i 之后的列
for (int j = 1; j <= r; j++) //枚舉子矩陣的每一行
del[i][k] += abs(a[hang[j]][k] - a[hang[j]][i]); //套定義求出del數組
炒雞重要的dp
我們先看我們 dp 時要用到的 dp 數組的定義(萬物先看定義再思考方法嘛):
dp [ i ][ j ]:枚舉列要用,表示前 i 列我們已經選了 j 列所得到的最小分值,注意要選第 i 列(這 j 列中包含第 i 列);
考慮到我們已經得到了行的一種排列(行排列已確定),所以我們 dp 過程主要考慮怎么選列;
第一層大循環一定是枚舉所有的列,含義是:我們一共找了 i 列;
考慮到我們始終沒有涉及到子矩陣要有 c 列,所以在 dp 的時候我們要注意只選 c 列!
那么第二層循環也就出來了:我們枚舉1~c,表示在前 i 列(第一層循環的變量)中我們已經選上了 j 列;
第三層循環不是很好想,由于我們選的這個子矩陣的行和列不一定在原矩陣是連續的,所以作為已經被選上的第 i 列作為子矩陣的其中一列,我們并不知道子矩陣的上一列在原矩陣中的位置是否和 i 是相鄰的,所以我們有必要來枚舉這個距離,由此可以得出第三層循環:我們枚舉 k,表示在我們選擇第 i 列作為子矩陣的其中一列時,第 i - k 列也同樣被選作為子矩陣的其中一列,且這兩列在子矩陣中是相鄰的,由此我們就可以得出來狀態轉移方程了(艱辛?。?/strong>
dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i - k][j - 1] + ver[i] + del[i - k][i]); //第 i-k 列是第 i 列的上一列,所以應該要選擇j-1列 //加上新選的第 i 列的貢獻:第i列的上下絕對值差的和,第 i 列與第 i-k 列的左右絕對值差的和
考慮 k 的范圍:首先我們是從第 i - k列中選了 j - 1列,那么 i - k 一定得大于等于 j - 1 吧(不然怎么選),其次我們要從第 i 列往前找 k 列來作為鄰列,那么顯然 i - k > 0
考慮邊界條件
注意到我們 dp 數組的第一維是要選上該列的,那么如果我們第二維只選一條列的話,那么肯定是選正在枚舉的這一列的,所以就有如下邊界設置:
for (int i = 1; i <= m; i++)
dp[i][1] = ver[i]; //如果只選擇一列肯定是選自己
上 dp 代碼:
for (int i = 1; i <= m; i++) //我們已經找了i列
for (int j = 1; j <= c; j++) //我們一共只選擇c列
for (int k = 1; i - k > 0 && i - k >= j - 1; k++) //找i的鄰列
dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i - k][j - 1] + ver[i] + del[i - k][i]); //狀態轉移方程
//第 i-k 列是第 i 列的上一列,所以應該要選擇j-1列
//加上新選的第 i 列的貢獻:第i列的上下絕對值差的和,第 i 列與第 i-k 列的左右絕對值差的和
考慮答案選擇
我們最終肯定是要只選擇 c 列的,所以我們要枚舉每種能夠選擇 c 列的情況,選擇最小得分即可:
for (int i = c; i <= m; i++)//從c行后取最小值
ans = min(ans, dp[i][c]);
完整AC代碼(累死QwQ~):
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <cmath>
using namespace std;
int n, m, r, c, ans = 2147483647;
int a[19][19], hang[19], dp[19][19];
int ver[19], del[19][19];
/*
a[i][j]:矩陣第i行第j列的數;
dp[i][j]:枚舉列要用,表示前i列我們已經選了j列所得到的最小分值,注意要選第i列(這j列中包含第i列);
ver[i]:第i列上下絕對值差的和;
del[i][j]:第i列和第j列左右絕對值差的和;
hang[i]:枚舉的子矩陣的第i行在原大矩陣的行數;
*/
inline void Dp()
{
memset(dp, 123, sizeof(dp)); //注意不要忘了清空
memset(ver, 0, sizeof(ver));
memset(del, 0, sizeof(del));
for (int i = 1; i <= m; i++) //枚舉每一列
for (int j = 2; j <= r; j++) //枚舉子矩陣的每一行
ver[i] += abs(a[hang[j]][i] - a[hang[j - 1]][i]) ; //利用hang數組回到原矩陣去尋找值
for (int i = 1; i <= m; i++) //枚舉每一列 i
for (int k = i + 1; k <= m; k++) //再找 i 之后的列
for (int j = 1; j <= r; j++) //枚舉子矩陣的每一行
del[i][k] += abs(a[hang[j]][k] - a[hang[j]][i]); //套定義求出del數組
for (int i = 1; i <= m; i++)
dp[i][1] = ver[i]; //如果只選擇一列肯定是選自己
for (int i = 1; i <= m; i++) //我們已經找了i列
for (int j = 1; j <= c; j++) //我們一共只選擇c列
for (int k = 1; i - k > 0 && i - k >= j - 1; k++) //找i的鄰列
dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i - k][j - 1] + ver[i] + del[i - k][i]); //狀態轉移方程
//第 i-k 列是第 i 列的上一列,所以應該要選擇j-1列
//加上新選的第 i 列的貢獻:第i列的上下絕對值差的和,第 i 列與第 i-k 列的左右絕對值差的和
for (int i = c; i <= m; i++)//從c行后取最小值
ans = min(ans, dp[i][c]);
}
void dfs(int now, int pos) //我們當前正在選第now行,這一行在原矩陣中是第pos行
{
if (now == r + 1) //如果超出了r行,說明我們已經選完了r行,開始進行dp操作
{
Dp();
return;
}
if (pos == n + 1) //判斷是否在原矩陣范圍內
return;
for (int i = pos; i <= n; i++)//從第pos行開始往后選
hang[now] = i, dfs(now + 1, i + 1); //繼續往下選
//hang[now]=i :在子矩陣里的第now行就是原矩陣的第i行
}
int main()
{
scanf("%d%d%d%d", &n, &m, &r, &c);
for (int i = 1; i <= n; i++)
for (int j = 1; j <= m; j++)
scanf("%d", &a[i][j]);
dfs(1, 1);
printf("%d", ans);
}
蟹蟹你的觀看QwQ~
總結
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