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CF1204E Natasha, Sasha and the Prefix Sums——DP/数学(组合数)

来源:化拓教育网

题面

  

解析

   题意就是要求所有由$n$个$1$、$m$个$-1$构成的序列的最大前缀和的和

 算法一$(DP)$

   $n$, $m$都小于等于$2000$, 显然可以$DP$

  设$dp[i][j]$表示由$i$个$1$, $j$个$-1$构成的序列的最大前缀和的和

  $i$个$1$, $j$个$-1$构成的序列, 可以看做是在$i-1$个$1$, $j$个$-1$的序列的最前面加一个$1$得到,也可以看做是在$i$个$1$, $j-1$个$-1$的序列最前面加一个$-1$得到

  这也就意味着,$dp[i][j]$可以由$dp[i-1][j]$与$dp[i][j-1]$转移过来

  先考虑$dp[i-1][j]$对$dp[i][j]$的贡献,对于任意一种$i-1$个$1$, $j$个$-1$的序列, 在其首端加入一个$1$后,最大前缀和都会加$1$, 序列的个数为$C(i+j-1, j)$,因此$dp[i][j] += dp[i-1][j] + 1 * C(i-j+1, j)$

  在考虑$dp[i][j-1]$对$dp[i][j]$的贡献,这个和上面那个不一样,要麻烦一点。因为对于最大前缀和为$0$的序列,在其首端加入一个$-1$后,其最大前缀和仍然是$0$, 所以$dp[i][j] += dp[i][j-1] - 1 * (C(i-j+1, j-1) - f[i][j-1])$, 其中数组$f[i][j]$表示由$i$个$1$, $j$个$-1$构成的所有序列中, 最大前缀和等于$0$的序列个数

  因此问题变成了如何求f数组

  与求$dp$数组的思维过程类似。 $i$个$1$, $j$个$-1$构成的序列, 可以看做是在$i-1$个$1$, $j$个$-1$的序列的最后面(注意这里是后面,而$dp$数组是在前面)加一个$1$得到,也可以看做是在$i$个$1$, $j-1$个$-1$的序列最后面加一个$-1$得到

  对于$f$数组,显然有$i \leqslant j$,那么无论在序列末尾插入$1$或$-1$,  原来最大前缀和为$0$的序列在插入$1$或$-1$后,其最大前缀和依然为$0$,因此$f[i][j] = f[i-1][j] + f[i][j-1]$

  状态转移方程大概就是这样了

  初始化:

  $f[0][i] = 1 (1 \leqslant i \leqslant m)$, 其余为$0$

  $dp[i][0] = i (1 \leqslant i \leqslant n)$, 其余为$0$

  答案就是$dp[n][m]$

  时间复杂度$O(NM)$

  在考试中我也定义出来了$dp$, $f$数组, 但无论我怎么想就是想不出来转移方程, 结果方程也并不复杂, $dp$还得多加练习啊

 代码:

 

算法二(数学)

   这个算法的思路很巧妙, 是从这篇中学来的

  如果在坐标系中把$1$看作是向右走一步, $-1$看作是向上走一步, 起点是$(0, 0)$,  终点是$(n, m)$, 那么任意一个序列就会变成从$(0, 0)$出发, 只能向右或向上走,走到$(n, m)$的一条路径

  设$f[i]$为最大前缀和大于等于i的序列个数

  那么$f[i]$就等于路径中存在一点$(x, y)$满足如下条件的路径数,$x$,$y$使得$i \leqslant x - y$, 即$y \leqslant x - i$, $(1 \leqslant x \leqslant n, 1 \leqslant y \leqslant m)$

  结合线性规划的思想,也就是说$f[i]$等于路径经过直线$y = x - i$ 及其下面区域的路径数

  考虑任意一条路径都会到$(n, m)$,因此当$1 \leqslant i \leqslant n - m$ 时, $f[i] = C(n + m , n)$

  而当$max(n - m, 1) \leqslant i \leqslant n$ 时, 我们需要把路径转化一下,起点不再是$(0, 0)$,而是$(i, -i)$,终点不变, 同样是要走$n + m$步走到$(n, m)$,因为只能向右和向上走,那么就一定会经过直线$y = x - i$ 及其下面区域, 因此此时$f[i] = C(n + m, n - i)$

  显然除了上述两种情况外的i, 都有$f[i] = 0$

  那么最终的答案为$\sum_{i = 1}^{n} i * (f[i] - f[i+1])$

  预处理阶乘与阶乘逆元,以便快速求出组合数

  时间复杂度为$O(N+M)$

  路径的转化是这种算法的关键, 也是巧妙所在

 代码:

 

转载于:https://www.cnblogs.com/Joker-Yza/p/11613901.html

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