[线段树优化dp] Codeforces 1304F2 Animal Observation (hard version)
题目大意
给定一个\(N \times M(N \leq 50,M \leq 20000)\)的矩阵，给定\(K\leq M\)，要求以每行的某个点为左上角选取一个\(2 \times K\)的子矩阵，使得所有选出的子矩阵覆盖的值之和最大，输出这个最大值。如下图。
题解
这道题的Easy版本和Hard版本唯一的区别就是\(K\)的大小不一样，Easy版本\(K\)是20，Hard版本\(K\)是20000。
容易想到dp，设\(dp[i][j]\)表示考虑了前\(i\)行，且以第\(i\)行的第\(j\)个格子为右下角选取了一个\(2 \times K\)的矩阵时的最大价值。
那么\(dp[i][j]=max(dp[i-1][k]-S)\)，\(S\)表示本次选的以\((i,j)\)为右下角的矩形和上一次选的以\((i-1,k)\)为右下角的矩形的相交部分的价值,最终的答案就是\(min\{dp[N][j]\}\)。
容易想到，对于两个矩形没有相交的情况，可以维护\(dp[i][j]\)的前缀最大值和后缀最大值，然后状态转移是\(O(1)\)的。
对于两个矩形相交的情况，对于\(Easy\)版本，因为\(K\)只有20，我们可以去暴力维护。但对于Hard版本，复杂度太高。
对于\(dp[i][j]\)，我们是固定了\(i\)，然后从从小到大枚举\(j\)去\(dp\)的。考虑\(dp[i][j-1]\)和\(dp[i][j]\)之间的关系。
\(dp[i][j-1]\)选取的是左上角为\((i-1,j-K)\)，右下角为\((i,j-1)\)的矩形，\(dp[i][j]\)选取的是左上角为\((i-1,j-K+1)\)，右下角为\((i,j)\)的矩形，相当于选取的矩形往右移动了1格。那么对于右下角在第\(i-1\)行\([j-K,j-1]\)范围内的矩形，在当前选取的矩形往右移动一格时，其\(dp\)值要加上\(Matrix[i-1][j-K]\)，对于右下角在第\(i-1\)行\([j,j+K-1]\)范围内的矩形，在当前选取的矩形往右移动一格时，其\(dp\)值要减去\(Matrix[i-1][j]\)。
即要维护区间加、区间最大值，可以用线段树做。时间复杂度\(O(NMlogM)\)。
Codeforces 1304F1 Easy版代码
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <cmath>
using namespace std;
#define RG register int
#define LL long long
template<typename elemType>
inline void Read(elemType &T){
elemType X=0,w=0; char ch=0;
while(!isdigit(ch)) {w|=ch=='-';ch=getchar();}
while(isdigit(ch)) X=(X<<3)+(X<<1)+(ch^48),ch=getchar();
T=(w?-X:X);
}
int Matrix[53][20010],Sum[53][20010],dp[53][20010];
int Pre[53][20010],Suf[53][20010];
int N,M,K;
inline int Calc(int x,int y){
int Res=0;
for(RG j=max(y-K+1,K);j<=y;++j){
int temp=Sum[x][y]-Sum[x-2][y]-Sum[x][y-K]+Sum[x-2][y-K]
+dp[x-1][j]-(Sum[x-1][j]-Sum[x-1][y-K]-Sum[x-2][j]+Sum[x-2][y-K]);
Res=max(Res,temp);
}
for(RG j=y+1;j<=min(M,y+K-1);++j){
int temp=Sum[x][y]-Sum[x-2][y]-Sum[x][y-K]+Sum[x-2][y-K]
+dp[x-1][j]-(Sum[x-1][y]-Sum[x-1][j-K]-Sum[x-2][y]+Sum[x-2][j-K]);
Res=max(Res,temp);
}
return Res;
}
int main(){
Read(N);Read(M);Read(K);
for(RG i=1;i<=N;++i)
for(RG j=1;j<=M;++j)
Read(Matrix[N-i+2][j]);
for(RG i=1;i<=N+1;++i)
for(RG j=1;j<=M;++j)
Sum[i][j]=Sum[i-1][j]+Sum[i][j-1]-Sum[i-1][j-1]+Matrix[i][j];
for(RG i=K;i<=M;++i)
dp[2][i]=Sum[2][i]-Sum[0][i]-Sum[2][i-K]+Sum[0][i-K];
for(RG j=1;j<=M;++j){
Pre[2][j]=max(Pre[2][j-1],dp[2][j]);
Suf[2][M-j+1]=max(Suf[2][M-j+2],dp[2][M-j+1]);
}
for(RG i=3;i<=N+1;++i){
for(RG j=K;j<=M;++j){
dp[i][j]=Pre[i-1][j-K]+Sum[i][j]-Sum[i-2][j]-Sum[i][j-K]+Sum[i-2][j-K];
if(j+K<=M) dp[i][j]=max(dp[i][j],Suf[i-1][j+K]+Sum[i][j]-Sum[i-2][j]-Sum[i][j-K]+Sum[i-2][j-K]);
dp[i][j]=max(dp[i][j],Calc(i,j));
}
for(RG j=1;j<=M;++j){
Pre[i][j]=max(Pre[i][j-1],dp[i][j]);
Suf[i][M-j+1]=max(Suf[i][M-j+2],dp[i][M-j+1]);
}
}
int Ans=0;
for(RG i=K;i<=M;++i)
Ans=max(Ans,dp[N+1][i]);
printf("%d\n",Ans);
return 0;
}
Codeforces 1304F2 Hard版代码
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <cmath>
using namespace std;
#define RG register int
#define LL long long
template<typename elemType>
inline void Read(elemType &T){
elemType X=0,w=0; char ch=0;
while(!isdigit(ch)) {w|=ch=='-';ch=getchar();}
while(isdigit(ch)) X=(X<<3)+(X<<1)+(ch^48),ch=getchar();
T=(w?-X:X);
}
int Matrix[53][20010],Sum[53][20010],dp[53][20010];
int Pre[53][20010],Suf[53][20010];
int N,M,K;
struct SegTreeNode{int Value,Lazytag;};
SegTreeNode SegTree[80010];
int Data[20010];
void Build_SegTree(int Root,int L,int R){
SegTree[Root].Lazytag=0;
if(L==R){SegTree[Root].Value=Data[L];return;}
int mid=(L+R)>>1;
Build_SegTree(Root<<1,L,mid);
Build_SegTree(Root<<1|1,mid+1,R);
SegTree[Root].Value=max(SegTree[Root<<1].Value,SegTree[Root<<1|1].Value);
return;
}
inline void Push_Down(int Root){
if(!SegTree[Root].Lazytag) return;
int Val=SegTree[Root].Lazytag;
SegTree[Root].Lazytag=0;
SegTree[Root<<1].Value+=Val;
SegTree[Root<<1].Lazytag+=Val;
SegTree[Root<<1|1].Value+=Val;
SegTree[Root<<1|1].Lazytag+=Val;
return;
}
void Update(int Root,int L,int R,int UL,int UR,int Add){
if(R<UL || UR<L) return;
if(UL<=L && R<=UR){
SegTree[Root].Value+=Add;
SegTree[Root].Lazytag+=Add;
return;
}
Push_Down(Root);
int mid=(L+R)>>1;
Update(Root<<1,L,mid,UL,UR,Add);
Update(Root<<1|1,mid+1,R,UL,UR,Add);
SegTree[Root].Value=max(SegTree[Root<<1].Value,SegTree[Root<<1|1].Value);
return;
}
int Query(int Root,int L,int R,int QL,int QR){
if(R<QL || QR<L) return 0;
if(QL<=L && R<=QR) return SegTree[Root].Value;
Push_Down(Root);
int mid=(L+R)>>1;
return max(Query(Root<<1,L,mid,QL,QR),Query(Root<<1|1,mid+1,R,QL,QR));
}
inline int Calc(int x,int y){
if(y!=K) Update(1,1,M,max(y-K,K),y-1,Matrix[x-1][y-K]);
if(y!=K) Update(1,1,M,y,min(y+K-1,M),-Matrix[x-1][y]);
return Query(1,1,M,y-K+1,min(y+K-1,M))+Sum[x][y]-Sum[x-2][y]-Sum[x][y-K]+Sum[x-2][y-K];
}
int main(){
Read(N);Read(M);Read(K);
for(RG i=1;i<=N;++i)
for(RG j=1;j<=M;++j)
Read(Matrix[N-i+2][j]);
for(RG i=1;i<=N+1;++i)
for(RG j=1;j<=M;++j)
Sum[i][j]=Sum[i-1][j]+Sum[i][j-1]-Sum[i-1][j-1]+Matrix[i][j];
for(RG i=K;i<=M;++i)
dp[2][i]=Sum[2][i]-Sum[0][i]-Sum[2][i-K]+Sum[0][i-K];
for(RG j=1;j<=M;++j){
Pre[2][j]=max(Pre[2][j-1],dp[2][j]);
Suf[2][M-j+1]=max(Suf[2][M-j+2],dp[2][M-j+1]);
if(K<=j && j<=2*K) Data[j]=dp[2][j]-(Sum[2][K]-Sum[2][j-K]-Sum[1][K]+Sum[1][j-K]);
else Data[j]=dp[2][j];
}
for(RG i=3;i<=N+1;++i){
Build_SegTree(1,1,M);
for(RG j=K;j<=M;++j){
dp[i][j]=Pre[i-1][j-K]+Sum[i][j]-Sum[i-2][j]-Sum[i][j-K]+Sum[i-2][j-K];
if(j+K<=M) dp[i][j]=max(dp[i][j],Suf[i-1][j+K]+Sum[i][j]-Sum[i-2][j]-Sum[i][j-K]+Sum[i-2][j-K]);
dp[i][j]=max(dp[i][j],Calc(i,j));
}
for(RG j=1;j<=M;++j){
Pre[i][j]=max(Pre[i][j-1],dp[i][j]);
Suf[i][M-j+1]=max(Suf[i][M-j+2],dp[i][M-j+1]);
if(K<=j && j<=2*K) Data[j]=dp[i][j]-(Sum[i][K]-Sum[i][j-K]-Sum[i-1][K]+Sum[i-1][j-K]);
else Data[j]=dp[i][j];
}
}
int Ans=0;
for(RG i=K;i<=M;++i)
Ans=max(Ans,dp[N+1][i]);
printf("%d\n",Ans);
return 0;
}
