AcWing 282 石子合并

题目描述:

设有N堆石子排成一排,其编号为1,2,3,…,N。

每堆石子有一定的质量,可以用一个整数来描述,现在要将这N堆石子合并成为一堆。

每次只能合并相邻的两堆,合并的代价为这两堆石子的质量之和,合并后与这两堆石子相邻的石子将和新堆相邻,合并时由于选择的顺序不同,合并的总代价也不相同。

例如有4堆石子分别为 1 3 5 2, 我们可以先合并1、2堆,代价为4,得到4 5 2, 又合并 1,2堆,代价为9,得到9 2 ,再合并得到11,总代价为4+9+11=24;

如果第二步是先合并2,3堆,则代价为7,得到4 7,最后一次合并代价为11,总代价为4+7+11=22。

问题是:找出一种合理的方法,使总的代价最小,输出最小代价。

输入格式

第一行一个数N表示石子的堆数N。

第二行N个数,表示每堆石子的质量(均不超过1000)。

输出格式

输出一个整数,表示最小代价。

数据范围

1≤N≤300

输入样例:

4
1 3 5 2

输出样例:

22

分析:

石子合并问题是经典的区间DP问题,一般状态表示需要表示出区间,即可以用f[i][j]表示从第i堆到第j堆石子合并的最小代价。为什么不能用线性DP的思路来求解呢?因为如果f[i]表示前i堆石子的合并最小代价,则无法由f[i-1]推出f[i],即不可用减而治之的方式求解,用f[i][j]表示有利于使用分而治之的方式进行求解。石子合并问题不同的合并顺序产生的代价也是不同的,这与矩阵连乘问题类似,与普通的哈夫曼树问题不同的是哈夫曼树可以合并任意两堆,而石子合并问题只能合并相邻两堆。

状态表示:f[i][j]表示从第i堆到第j堆石子合并的最小代价。合并的方式有很多种,必然是先合并某个位置相邻的两堆,...,最后还剩下两堆,将它们合并为一堆。一般以最后一次操作的方式来进行状态划分,即最后一次合并的是f[i][k]和f[k+1][j],也就是说先分别合并第i到k堆的石子和第k+1到j堆的石子,最后再合并剩下的两堆石子。合并的总代价是f[i][j] = f[i][k] + f[k+1][j] + sum(i,j),k从i到j-1。简单的解释下就是合并的总代价等于合并i到k的代价加上合并k+1到j的代价加上i到j石子的总质量。区间内石子的总质量可以用前缀和预处理出来,s[i] = s[1] + ... + s[i],则sum(i,j) = s[j] - s[i-1]。状态转移方程为f[i][j] = min(f[i][k] + f[k+1][j] + sum(i,j)),k从i到j-1。边界情况是区间长度为1,即不进行合并,代价为0,对于区间长度大于1的区间,需要先将f[i][j]预处理为一个较大的数,以便于求最小代价。

注意本题状态转移的方向,从区间长度小的向区间长度大的逐步扩散,故外层循环应该表示区间长度len,第二层循环表示区间起点i,区间终点j就等于i + len - 1,最后一层循环用来枚举最后一次进行合并的位置k。石子合并问题可以用四边形法则进行优化,这里暂不进行介绍。

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int maxn = 305;
int f[maxn][maxn],s[maxn];
int main(){
    int n;
    cin>>n;
    for(int i = 1;i <= n;i++){
        cin>>s[i];
        s[i] += s[i - 1];
    }
    for(int len = 2;len <= n;len++){
        for(int i = 1;i + len - 1 <= n;i++){
            int l = i,r = i + len - 1;
            f[l][r] = 1e9;
            for(int k = l;k < r;k++){
                f[l][r] = min(f[l][r],f[l][k] + f[k + 1][r] + s[r] - s[l - 1]);
            }
        }
    }
    cout<<f[1][n]<<endl;
    return 0;
}
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