【2020.12.01提高组模拟】卡特兰数(catalan)
题目
题目描述
今天,接触信息学不久的小\(A\)刚刚学习了卡特兰数。
卡特兰数的一个经典定义是,将\(n\)个数依次入栈,合法的出栈序列个数。
小\(A\)觉得这样的情况太平凡了。于是,他给出了\(m\)组限制,每个限制形如\((f_i,g_i)\),表示\(f_i\)不能在\(g_i\)之后出栈。
他想求出:在满足了这\(m\)组限制的前提下,共有多少个合法的出栈序列。他不喜欢大数,你只需要求出答案在模\(998244353\)意义下的值即可。
输入格式
输入第一行为两个非负整数,\(n\)、\(m\),含义题面已给出。
接下来\(m\)行,每行两个正整数,\((f,g)\) 表示一组限制。
输出格式
输出一行,为一个非负整数,表示你求得的答案 \(mod\space 998244353\)。
样例输入
3 1
2 3
样例输出
3
样例解释
可以验证\(\{1,2,3\}\),\(\{2,1,3\}\),\(\{2,3,1\}\)都是合乎条件的。
数据规模
\(编号\) | \(分值\) | \(n\) | \(m\) | \(特殊性质\) |
---|---|---|---|---|
\(1\) | \(15\) | \(\le 300\) | \(= 0\) | |
\(2\) | \(15\) | \(\le 7\) | \(\le 10\) | |
\(3\) | \(15\) | \(\le 100\) | \(\le 50\) | |
\(4\) | \(15\) | \(\le 300\) | \(保证所有的f_i相同\) | |
\(5\) | \(20\) | \(\le 300\) | \(\le 300\) | |
\(6\) | \(20\) | \(\le 300\) |
对于全部的数据,保证\(n\le 300\),\(m\le \frac{n(n-1)}{2}\),\(f_i、g_i \le n\)。
题解
题目大意:\(n\)个数以此入栈,问在满足\(m\)个形如\(f_i\)不能在\(g_i\)后出栈的限制的出栈序列数
45%
我们知道卡特兰数有个推导公式是\(f_i=\sum_{i=1}^nf_i\times f_{n-i-1}\),这个公式实际上是枚举了最后出栈的数
那么扩展到这题,我们将\(dp\)转换为区间\(dp\),枚举\(k\)为最后出栈的数,那么有两种情况不合法:\(f=k\)或者\(f>k>g\)。当\(f=k\)的时候,\(f\)是最后出栈的,显然不合法。而我们知道,小于\(k\)总是比大于\(k\)的先出栈,所以当\(f>k>g\)时也是不合法的
设\(f[i][j]\)表示\(i\)到\(j\)这个区间的合法出栈序列,那么在上述两种不合法的情况不成立的情况下,\(f[i][j]+=f[i][k-1]\times f[k+1][j]\)
时间复杂度\(O(n^3m)\),预计得分\(45\)
100%
考虑优化\(dp\),在\(O(1)\)的时间内判断合不合法。不合法条件\(f>k>g\)成立,说明\(f>g\),那么在读入时\(f>g\)的放入平面直角坐标系中,坐标\((f,g)\),那么可以前缀和优化
记录前缀和\(sm[i][j]\)和\(l[i][j]\),分别记录\(f>g\)以及所有的点,用来判断\(f>k>g\)和\(f=k\)的情况
构造一个矩形
其中\(i,j,k\)分别是区间起点,终点,以及最后出栈的数
\(f=k\)说明\(l[k][j]-l[k][i-1]>0\),而如果矩形\(sm(i,i,j,k-1)-sm(i,i,k,j)>0\),说明有\(f>k>g\)的情况,这两种情况都是不合法的
这样的话时间复杂度优化到了\(O(n^3)\),预计得分\(100\)
Code
#include<cstdio>
#define mod 998244353
#define N 310
#define ll long long
using namespace std;
ll n,m,f[N][N],sm[N][N],al[N][N];
ll get(ll x,ll y,ll p,ll q) {return sm[x][y]-sm[x][q-1]-sm[p-1][y]+sm[p-1][q-1];}
int main()
{
freopen("catalan.in","r",stdin);
freopen("catalan.out","w",stdout);
scanf("%lld%lld",&n,&m);
for (ll i=1,x,y;i<=m;++i)
{
scanf("%lld%lld",&x,&y);
if (x!=y)
{
if (x>y) ++sm[x][y];
++al[x][y];
}
}
for (ll i=1;i<=n;++i)
for (ll j=1;j<=n;++j)
{
sm[i][j]=sm[i][j]+sm[i-1][j]+sm[i][j-1]-sm[i-1][j-1];
al[i][j]=al[i][j]+al[i][j-1];
}
for (ll i=1;i<=n;++i)
f[i][i]=f[i+1][i]=f[i][i-1]=1;
for (ll len=2;len<=n;++len)
for (ll i=1;i+len-1<=n;++i)
{
ll j=i+len-1;
for (ll k=i;k<=j;++k)
{
ll x;
if (k>i) x=get(j,k-1,i,i)-get(k,j,i,i);
else x=0;
ll y=al[k][j]-al[k][i-1];
if (x<=0&&y<=0) f[i][j]=(f[i][j]+f[i][k-1]*f[k+1][j]%mod)%mod;
}
}
printf("%lld\n",f[1][n]);
fclose(stdin);
fclose(stdout);
return 0;
}
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