动态规划 —— 树形DP

【概述】

树形动态规划是在树的数据结构上的动态规划,在各个阶段呈现树状关系的时候可以采用树形 DP,其基本思想是由子节点的信息推出父节点的信息。
树形 DP 中,是通过以下 4 点树的特点来进行建图的:

  1. n 个点,n-1 条边的无向图,任意两顶点间可达
  2. 无向图中任意两个点间有且只有一条路
  3. 一个点至多有一个前趋,但可以有多个后继
  4. 无向图中没有环

【计算顺序】

计算顺序与线性动态规划的顺推、逆推相似,同样有两个方向:

  1. 叶 => 根:在回溯时,从叶节点向上转移状态
  2. 根 => 叶:在叶向根 DFS 一遍后(预处理),再重新向下获取答案

【表示方法】

树形 DP 还涉及到建图的问题,如果题目能很清晰的输入一个树,一般使用 vector s[N],用 s[i] 来保存节点 i 的所有儿子。
当树是一般树且涉及到权值时,一般采用链式存储法,即用结构体数组 edge 存边,edge[i] 表示第 i 条边,head[i] 存以 i 为起点的第一条边(在edge中的下标)

struct Node{
    
        
    int next; //下一条边的存储下标    
    int to; //这条边的终点    
    int w; //权值
}edge[N*2]; //由于是无向图,因此要开2倍

常用的建图方法如下:

int cnt;//边的计数
void Add(int x,int y,int w) {
    
    //起点x, 终点y, 权值w
    edge[cnt].x=x;    
    edge[cnt].w=w;    
    edge[cnt].next=head[x];    
    head[y]=cnt++;
}

遍历以 x 为起点的边时,以 i 开始为第一条边,每次指向下一条(以-1为结束标志)

memset(head,-1,sizeof(head));
for(int i=head[st]; i!=-1; i=edge[i].next)
{
    
        ...    }

【计算方法】

树形 DP 的计算方法则与线性 DP 不同,线性 DP 一般采用传统迭代,而树是通过递归定义的,因此树形 DP 要递归来求解。

一般而言,树形 DP 常与背包问题结合起来,常用 dp[node] 表示的是以 node 为根的子树能得到的最优解,dp[node] 需要从 node 的子结点进行状态转移,由于 dp[node] 的状态是由它的儿子转移而来,因此可以 node 的 n 个儿子看做 n 个物品,对这 n 个物品抉择得到最优的 dp[node] 就用到背包的思想。

当然,树形 DP 不止 node 这一维,第二维一般都是以题目给出的限制需要来,然后根据题意保存好状态,写出状态转移方程,递归的求解 DP[root]

【基本步骤】

1.若问题是一棵隐性树(不以树为直接背景,但各个阶段呈树状关系),则需要将问题转化为一棵显性树,并存储各阶段的树状联系。

2.根据题目要求与数据量,选择合适的树的存储方式。
若节点数小于5000,一般选用邻接矩阵存储;若节点数大于5000,一般选用邻接表来存储(边要开到2*N,因为是无向图);若是二叉树或需要多叉转二叉,则可以用两个一维数组 brother[N]、child[N] 来存储。

3.写出动归方程
通过孩子和父亲之间的关系建立方程,根据要求选用 根 => 叶 或 叶 => 根 的计算方式。

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