【期望DP】
【总览】
【期望dp】
求解达到某一目标的期望花费:因为最终的花费无从知晓(不可能从$\infty$推起),所以期望dp需要倒序求解。
设$f[i][j]$表示在$(i, j)$这个状态实现目标的期望值(相当于是差距是多少)。
首先$f[n][m] = 0$,在目标状态期望值为0。然后$f = (\sum f' × p) + w $,$f'$为上一状态(距离目标更近的那个,倒序),$p$为从$f$转移到$f'$的概率(则从$f'$转移回$f$的概率也为$p$),w为转移的花费。
最后输出初始位置的$f$即可。
特别的,当转移关系不成环时,期望dp可以线性递推。
但当转移关系成环时,期望dp的最终状态相当于一个已知量,而转移关系相当于一个个方程,可以使用【高斯消元】解决。
【概率dp】
概率dp通常已知初始的状态, 然后求解最终达到目标的概率,所以概率dp需要顺序求解。
概率dp相对简单,当前状态只需加上所有上一状态乘上转移概率即可:$f = \sum f'_{i} × p_{i}$
【例题】
【hdu3853】Loops
简单的期望dp题,设$f[i][j]$表示当前位置到达终点的期望体力,则$f[r][c] = 0$。
已知每个位置不动、向下、向右的概率。设p0为当前状态下停留的概率,p1为向下的概率,p2为向右的概率,那么就从终点开始逆推:
$$f[i][j] = p0 × f[i][j] + p1 × f[i + 1][j] + p2 × f[i][j +1] + 2$$
dp强调根据已知推未知,发现等号右边$f[i][j]$正是我们要求的,呢么这就可以构成一个方程了。不过没有那么复杂,因为转移关系不是一个环,只要我们将右边的$f[i][j]$移到左边,再将系数除过去,等号右边就都是已知的了。
【CODE】
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std; const int R = , C = ;
const double eps = 1e-;
int r, c;
double p[R][C][];
double f[R][C]; int main(){
while(scanf("%d%d", &r, &c) != EOF){
memset(p, , sizeof p);
memset(f, , sizeof f);
for(int i = ; i <= r; i++)
for(int j = ; j <= c; j++)
scanf("%lf%lf%lf", &p[i][j][], &p[i][j][], &p[i][j][]);
f[r][c] = ;
for(int i = r; i >= ; i--)
for(int j = c; j >= ; j--){
if(i == r && j == c) continue;
if(fabs(1.0 - p[i][j][]) < eps) continue;
f[i][j] = (p[i][j][] * f[i][j + ] + p[i][j][] * f[i + ][j] + 2.0) / (1.0 - p[i][j][]);
}
printf("%.3f\n", f[][]);
}
return ;
}
【hdu4405】AeroplaneChess
又是一道期望dp。读题可知终点落在$n$~ $n + 5$,将它们的f全部置为$0$。
因为有直接跳转,所以如果当前点有可以直接跳转到的点,那么这次是不用掷骰子的,因为当前期望等于目标点的期望。
然后考虑掷色子,摇到$1, 2, 3, 4, , 6$的概率都为$\frac{1}{6}$,所以$f[i] = \sum_{x = 1}^{6} f[i + x] × \frac{1}{6} + 1$
这样倒序dp便可以得到期望值。
【CODE】
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<cmath>
using namespace std; const int N = ;
int go[N];
int n, m;
double f[N]; int main(){
while(~scanf("%d%d", &n, &m), n + m){
memset(go, -, sizeof go);
for(int i = ; i <= m; i++){
int x, y; scanf("%d%d", &x, &y);
go[x] = y;
}
memset(f, , sizeof f);
for(int i = n - ; i >= ; i--){
if(go[i] != -){
f[i] = f[go[i]];
continue;
}
f[i] = (f[i + ] + f[i + ] + f[i + ] + f[i + ] + f[i + ] + f[i + ]) / + ;
}
printf("%.4f\n", f[]);
}
return ;
}
【poj2096】收集错误
这道题很有意思。设$f[i][j]$为收集到$i$种bug,属于$j$个子系统的期望天数,同样$f[n][s] = 0$
考虑当前bug:
- 属于已经收集到的$i$种,也属于已经收集到的$j$个系统,概率为$\frac{i × j}{n × s}$
- 属于已经收集到的$i$种,属于新的一套系统, 概率为$\frac{i × (s - j)}{n × s}$
- 属于新的一种,属于已经收集到的$j$个系统,概率为$\frac{(n - i) × j}{n × s}$
- 属于新的一种,属于新的系统,概率为$\frac{(n - i) × (s - j)}{n × s}$
上面顺推求出的概率,应该是等于逆推的概率的。
其余的就很基础了。
【CODE】
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cmath>
#include<vector>
using namespace std; const int N = , S = ;
double f[N][S];
int n, s; int main(){
scanf("%d%d", &n, &s);
f[n][s] = 0.0;
for(int i = n; i >= ; i--){
for(int j = s; j >= ; j--){
if(n * s - i * j == ) continue;
double c1 = (double)i * ((double)s - (double)j), c2 = ((double)n - (double)i) * (double)j,
c3 = ((double)n - (double)i) * ((double)s - (double)j), c4 = (double)n * (double)s, c5 = (double)n * (double)s - (double)i * (double)j;
f[i][j] = ((c1 * f[i][j + ] + c2 * f[i + ][j] + c3 * f[i + ][j + ] + c4) / c5);
}
}
printf("%.4f\n", f[][]);
return ;
}
【poj3071】FootBall
终于到概率dp了。设$f[i][j]$表示当前第$i$轮比赛,$j$队获胜的概率,那么他如果想获胜:
- 首先上一轮比赛他必须获胜。
- 然后他的对手上一轮必须获胜。
- 他的对手只能是相邻的。
判断相邻十分巧妙的使用了二进制:如果把所有队伍的编号都$-1$:
从$0$开始的自然数(二进制):$0, 1, 10, 11, 100, 101, ......$
可以发现相邻的数它们的最后一位一定相反。
进行第一轮比赛后,相当于将相邻俩个节点替换成他们的父节点$(k >> 1)即将最后一位去掉$,此时相邻的点仍然符合规律。
所以我们判断两队是否能比赛的标准就是:$(j >> (i - 1)) $ ^ $1 == k >> (i - 1)$
【CODE】
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
#include<string>
#include<cmath>
#include<algorithm>
#include<vector>
using namespace std; const int N = ;
int n;
double f[N][], p[][]; int main(){
freopen("h.in", "r", stdin);
while(scanf("%d", &n), n != -){ memset(p, , sizeof p);
memset(f, , sizeof f);
for(int i = ; i <= ( << n); i++){
f[][i] = ;
for(int j = ; j <= ( << n) ; j++)
scanf("%lf", &p[i][j]);
}
for(int i = ; i <= n; i++)
for(int j = ; j <= ( << n); j++)
for(int k = ; k <= ( << n); k++)
if((((j - ) >> (i - )) ^ ) == ((k - ) >> (i - )))
f[i][j] += f[i - ][k] * f[i - ][j] * p[j][k];
double ans = -;
int ret = ;
for(int i = ; i <= ( << n); i++)
if(ans < f[n][i]) ans = max(ans, f[n][i]), ret = i;
printf("%d\n", ret);
}
}
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