前言


这是我写的第一道$dp$斜率优化的题目,$dp$一直都很菜,而且咖啡鸡都说了这是基础的东西,然而看别人对$dp$斜率优化一大堆公式又看不懂就老老实实做几道题目,这个比较实在

描述


给出$n$和$l$.有$n$个玩具,第$i$个玩具的长度是$c[i]$,要求将玩具分成若干段,从$i$到$j$分为一段的长度为$x=j-i+\sum_{k=i}^{j}c[k]$,费用为$(x-l)^{2}$. 求最小费用    [Link]

分析


用$dp[i]$表示前i个玩具所需的最小费用,则有

            $dp[i]=min\left \{ dp[j]+(sum[i]-sum[j]+i-(j+1)-l)^{2}(1<=j<i) \right \}$

其中$sum[i]$表示的是$c[i]$的前缀和.

为了方便,我们设

                $A[i]=sum[i]+i,l=l+1$

于是原方程就等价于

            $dp[i]=min\left\{dp[j]+(A[i]−A[j]−l)^{2}(1<=j<i)\right\}$

我们设$j<k<i$且在计算$dp[i]$的时候,决策k更优.也就是说

            $dp[k]+(A[i]−A[k]−l)^{2}<dp[j]+(A[i]−A[j]−l)^{2}$

在纸上写写画画,把式子打开再变一下形,容易得到

            $\frac{[dp[k]+(A[k]+l)^{2}]-[dp[j]+(A[j]+l)^{2}]}{2\times A[k]-2\times A[j]}$ $<A[i]$

是不是很像

                $\frac{Y_{k}-Y_{j}}{X_{k}-X_{j}}$
的形式?

这玩意儿不就是斜率吗?!我们设它为$g(k,j)$

我们可以发现$A[i]$是单调递增的,所以所有决策可以转化为二维空间上的点集.

也就是说$k$这个点和j这个点的连线的斜率如果小于$A[i]$,那么$k$这个决策就更优.

那么对于三个决策$a<b<c$,如果有$g(c,b)<=g(b,a)$,那么$b$决策一定不会被选中.为什么呢?我们来讨论一下(对于任意$3<i<=n$):

1.如果$g(b,a)<A[i]$,那么必有$g(c,b)<A[i]$,也就是$c$最优,选择决策$c$.

2.如果$g(b,a)>=A[i]$,那么$b$不是最优,最优可能是$a$或$c$.

所以我们在新加入一个点的时候,就可以把它看作$c$,然后把所有这样的$b$都去掉,直到$g(c,b)>g(b,a)$,所以我们需要处理的斜率是单调递增的.

这样我们就可以用一个单调队列分别维护队首和队尾啦.

Code

  1. #include <cstdio>
  2. #define ll long long
  3. #define Empty (head>=tail)
  4. const int maxn = 5e4+;
  5. ll n, L, head, tail, j;
  6. ll Q[maxn], sum[maxn], s[maxn], f[maxn];
  7. inline double X(ll i) {return s[i];}
  8. inline double Y(ll i) {return f[i]+(s[i]+L-)*(s[i]+L-);}
  9. inline double Rate(ll i,ll k) {return (Y(k)-Y(i))/(X(k)-X(i));}
  10. int main()
  11. {
  12. scanf("%lld%lld", &n, &L);
  13. for (int i = ; i <= n; i++) {
  14. scanf("%lld", &sum[i]);
  15. sum[i] += sum[i-], s[i] = sum[i]+i;
  16. }
  17. head = tail = ; Q[] = ;
  18. for (int i = ; i <= n; i++) {
  19. while(!Empty&&Rate(Q[head],Q[head+])<*s[i]) head++;
  20. j = Q[head]; f[i] = f[j]+(s[i]-s[j]-L-)*(s[i]-s[j]-L-);
  21. while(!Empty&&Rate(Q[tail-],Q[tail])>Rate(Q[tail],i)) tail--;
  22. Q[++tail] = i;
  23. }
  24. printf("%lld\n", f[n]);
  25. }

网上讲了很多数形结合的方法,找截距最小,的确对理解很有帮助,但是可能像这样的对我来说更好理解,另外有些细枝末节的东西没有完全看懂,但是现在没必要纠结.

建议多看些博客,了解不同的想法,慢慢就会理解

这里能用斜率优化是因为A[i]是单调的,至于具体为什么,先不细究

参考文章:
https://www.cnblogs.com/Sunnie69/p/5575464.html

https://www.cnblogs.com/terribleterrible/p/9669614.html

https://www.cnblogs.com/Paul-Guderian/p/7259491.html

https://www.cnblogs.com/Parsnip/p/10323508.html

https://www.cnblogs.com/Tidoblogs/p/11301512.html

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