POJ - 1185 炮兵阵地(状压dp经典入门题)

很显然这是一道状压dp的题目

由于每个最优子结构和前两行有关,一个显而易见的想法是用三维dp[i][j][k]用来记录在第i行下为j状态,i - 1行为k状态时的最大值,然而dp[100][1 << 11][1 << 11]显然是要MLE的,我们可以想到用滚动数组优化,事实上确实可以用滚动数组优化。然而 在时间复杂度上 100 * 1024 * 1024 * 1024也是一个不可能补TLE的数字,一个不那么显然的办法是预处理出所有可行的状态,经过看题解或者写个暴力炸一下之后可以知道这些状态并不超过70,也就是说时间复杂度可以优化到100 * 70^3,这就看起来很合情合理了,数组也不用上滚动数组直接跑就好了。

剩下的就是实现的问题了。

用一个state数组预处理出所有的合法状态(在不考虑高地不高地的情况下)

用一个base数组预处理出所有高地的状态(高地为1,平地为0)当state中的状态 & 上base中的状态不为0时,代表有一个小兵站在了高地上,这是不被允许的,就要跳过这个状态。

用一个solider数组预处理出所有合法状态下的小兵数目,左右是省的每次都计算一下有几个小兵,不但让这个程序跑起来很快,也让我们看起来很帅。

附上这个解决方法的代码。

#include <map>
#include <set>
#include <cmath>
#include <queue>
#include <stack>
#include <vector>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#define For(i, x, y) for(int i=x; i<=y; i++)  
#define _For(i, x, y) for(int i=x; i>=y; i--)
#define Mem(f, x) memset(f, x, sizeof(f))  
#define Sca(x) scanf("%d", &x)
#define Scl(x) scanf("%lld",&x);  
#define Pri(x) printf("%d\n", x)
#define Prl(x) printf("%lld\n",x);  
#define CLR(u) for(int i = 0; i <= N ; i ++) u[i].clear();
#define LL long long
#define ULL unsigned long long  
#define mp make_pair
#define PII pair<int,int>
#define PIL pair<int,long long>
#define PLL pair<long long,long long>
#define pb push_back
#define fi first
#define se second 
using namespace std;
typedef vector<int> VI;
const double eps = 1e-9;
const int maxn = 110;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
const int mod = 1e9 + 7; 
inline int read()
{
	int now=0;register char c=getchar();
	for(;!isdigit(c);c=getchar());
	for(;isdigit(c);now=now*10+c-'0',c=getchar());
	return now;
}
int N,M;
char MAP[maxn][15];
int state[maxn];          //所有合法状态 
LL dp[2][maxn][maxn];   //在i行第j状态以及i- 1行第k状态下的最大值 
LL solider[maxn];  //在这个状态下的士兵 
int base[maxn];    // 原地图的的第i个原状态 
int cnt;          //合法状态的数目 
int main()
{
	while(~scanf("%d%d",&N,&M)){
		Mem(base,0); Mem(solider,0); Mem(state,0); Mem(dp,0);
		cnt = 0;
		For(i,1,N){
			scanf("%s",&MAP[i]);
		//	cout << MAP[i] << endl;
			for(int j = 0; j < M ; j ++){
				if(MAP[i][j] == 'H') base[i] += 1 << j;
			}
		}
		for(int i = 0 ; i < 1 << M; i ++){
			if((i & (i << 1)) || (i & (i << 2))) continue;
			state[++cnt] = i;
			int k = i;
			while(k){
				solider[cnt] += k & 1;
				k >>= 1;
			}
		}
		For(i,0,cnt){
		//	cout << solider[i] << endl;
			if(base[1] & state[i]) continue;
			dp[1][i][0] = solider[i];
		}
		For(i,0,cnt){
			if(base[2] & state[i]) continue;
			For(j,1,cnt){
				if(base[1] & state[j] || state[i] & state[j]) continue;
				dp[0][i][j] = max(dp[1][j][0] + solider[i],dp[0][i][j]);
			}
		}
		For(i,3,N){
			For(j,0,cnt){
				if(base[i] & state[j]) continue;
				For(k,0,cnt){
					if(base[i - 1] & state[k] || state[j] & state[k]) continue;
					For(p,0,cnt){
						if(base[i - 2] & state[p] || state[p] & state[k] || state[j] & state[p]) continue;
						dp[i & 1][j][k] = max(dp[i & 1][j][k],dp[i + 1 & 1][k][p] + solider[j]);
					}
				}
			}
		}
		LL MAX = 0;
		For(i,0,cnt){
			For(j,0,cnt){
				MAX = max(MAX,dp[N & 1][i][j]);
			}
		}
		Prl(MAX);
	} 
	return 0;
}

 事实上除了以上这种巧妙地方法之外,我们依然有更暴力但是却更难写的方法,就是将二进制状态压缩改为三进制的状态压缩。

我们假设在放置一个小兵之后会产生一个“缓冲带”,导致下面的这个状态变为2,下下面的状态变为1,再下面变回0,意味着缓冲区结束,这里可以继续放置小兵。但是仔细一想发现这样构成的状态并不是那么好写状态转移方程,我们从记忆话搜索里得到灵感,考虑直接dfs暴搜。

由于经过了状态压缩,dfs的状态转移并不那么困难,我们用一个整数cur来表示此时的状态,用一个next来表示下一行的状态,

每次的转移主要是横向的转移,当到了行末尾的时候转移到下一行,此时cur的值变为next,next的值变为0,到最后一行时开始返回,更新回答案。

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像这样的状态表示比较复杂,冗余的不合法状态较多的题目,不一定要写出确切的状态转移方程,而用dfs也可以很好的解决问题,不过在这题上的效率并不是很理想,上面的400ms,这个1600ms,主要提供遇到问题的解决思路。

#include <map>
#include <set>
#include <cmath>
#include <queue>
#include <stack>
#include <vector>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#define For(i, x, y) for(int i=x; i<=y; i++)  
#define _For(i, x, y) for(int i=x; i>=y; i--)
#define Mem(f, x) memset(f, x, sizeof(f))  
#define Sca(x) scanf("%d", &x)
#define Scl(x) scanf("%lld",&x);  
#define Pri(x) printf("%d\n", x)
#define Prl(x) printf("%lld\n",x);  
#define CLR(u) for(int i = 0; i <= N ; i ++) u[i].clear();
#define LL long long
#define ULL unsigned long long  
#define mp make_pair
#define PII pair<int,int>
#define PIL pair<int,long long>
#define PLL pair<long long,long long>
#define pb push_back
#define fi first
#define se second 
using namespace std;
typedef vector<int> VI;
const double eps = 1e-9;
const int maxn = 110;
const int INF = 0x3f3f3f3f;
const int mod = 1e9 + 7; 
inline int read()
{
	int now=0;register char c=getchar();
	for(;!isdigit(c);c=getchar());
	for(;isdigit(c);now=now*10+c-'0',c=getchar());
	return now;
}
int N,M;
int dp[maxn][60000];
char MAP[maxn][15];
int power[10]={1,3,9,27,81,243,729,2187,6561,19683};
int getbit(int i,int pos){
	if(pos == 0) return i % 3;
	if(pos >= M) return 0;
	if(i >= power[pos]){
		return (i / power[pos]) % 3;
	}
	return 0;
}
//x,y为横纵坐标,cur为上两行的状态,next为下一状态,cnt为记录x行已放置的 
void dfs(int x,int y,int cur,int next,int cnt)
{
	if(!y){    //刚进入当前行 
		if(dp[x][cur] != -1) return;
		dp[x][cur] = 0;
	}
	if(y >= M){  //已经到行末尾 
		if(x < N - 1){
			dfs(x + 1,0,next,0,0);   //转变为下一行,下一行状态转变为当前状态,下一行状态初始化为0 
			dp[x][cur] = max(dp[x][cur],cnt + dp[x + 1][next]);  //从上一个状态更新这个状态 
		}else{
			dp[x][cur] = max(dp[x][cur],cnt);  //由于没有下一个状态,这个状态的最大值就是他自己 
		}
		return;
	} 
	int i = getbit(cur,y);    //这个点的值 
	if(!i && MAP[x][y] == 'P'){        //这个点可放小兵 
		int j = 2 * power[y],k;       //在这个点放了小兵之后next要增加的值,也就是下边增加一个2 
		k = getbit(cur,y + 1); 
		if(k == 2){                   //由于这个点的右边上面刚放过一个小兵,右边要增加1 
			j += power[y + 1];
		}
		k = getbit(cur,y + 2);       //同理这个点右边的右边的上面放过一个小兵 
		if(k == 2){
			j += power[y + 2];
		}
		dfs(x,y + 3,cur,next + j,cnt + 1);     //这个点放了小兵 
		dfs(x,y + 1,cur,next,cnt);             //这个点不放小兵 
		return;
	}
	if(i == 2) dfs(x,y + 1,cur,next + power[y],cnt);   //下面为1 
	else dfs(x,y + 1,cur,next,cnt);           //下面为0 
}
int main()
{
	while(~scanf("%d%d",&N,&M)){
		for(int i = 0; i < N ; i ++){
			scanf("%s",MAP[i]);
		}
		Mem(dp,-1);
		dfs(0,0,0,0,0);
		Pri(dp[0][0]);
	}
	return 0;
}

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