Background
最大子段和是最经典的 dp 问题了,但是最近书虫发现了最大子段和的另一个拓展算法 —— 拆块最大子段和。
拆块最大子段和可以用两步,书虫将其命名为:
- 拆开
- 组合
接下来我们将用一些例子来讲解这个算法。
Sample 0 P1115 最大子段和
Description
给定一个长度为 \(n\) 的序列 \(a_i\),求出一段使得这一段的和最大。
\(1 \le n \le 2 \times 10^5\),\(|a_i| \le 10^4\)。
Solution
最大子段和板子,考虑 dp,定义 \(dp[i]\) 为 \([1,i]\) 之间的最大子段和,那么对于第 \(i\) 个位置,可以考虑从 \(dp[i-1]\) 后面接 \(a[i]\),也可以选择单独开始一个子段,因此状态转移方程很容易就得出来了:
注:下文中 \(\max\limits_{i \in [l,r]}[a[i]]\) 代表 \(a[l]\) 到 \(a[r]\) 的最大子段和。
Sample 1 P2545 [AHOI2004]实验基地
Step 1:Link。
Step 2:Link Step 1 的加强版,想投主题库没过(
Description
给定一个 \(2 \times n\) 的矩阵,第 \(i\) 行第 \(j\) 列的数为 \(a_{i,j}\)。
求一个凹形块使得凹形块里的数字和最大。
凹形块定义为一个 \(2 \times w_1\) 的矩形,其中 \(3 \le w_1 \le n\),然后在第一行把一块 \(1 \times w_2\) 的矩形挖掉,其中 \(1 \le w_2 \le n-2\),要保证挖掉之后第一行左右都有残留的部分。
Step 1:\(n \le 3000\)。
Step 2:\(n \le 5 \times 10^6\)。
Solution for Step 1
凹形块就是类似下面这个图形:
---++---+++-
---++++++++-
我们尝试 拆开,也就是拆块最大子段和的第一步:
---++ --- +++-
---++ +++ +++-
如果我们不考虑第二步 组合,那么可以用一个 \(\mathcal O(n^2)\) 的做法完成。
拆成的三部分中间的部分是枚举的部分,假设他为 \([l,r]\),那么答案可以由三部分组成:
- 左边的是 \(\max\limits_{i \in [1,l-1]}[a[i][1]+a[i][2]]\)。
- 中间是 \(\displaystyle \sum\limits_{i=l}^r a[i][2]\)。
- 右边的是 \(\max\limits_{i \in [r+1,n]}[a[i][1]+a[i][2]]\)。
因此,我们只需要枚举中间的区间 \([l,r]\) 即可,时间复杂度 \(\mathcal O(n^2)\)。
这个算法可以轻松通过 Step 1。
Solution for Step 2
\(\mathcal O(n^2)\) 会炸掉,我们需要 \(\mathcal O(n)\)。
我们发现上一个 Solution 仅仅是 拆开,没有 组合。
所以我们将这个凹形块重新拆开,省去左右的空白:
++ --- +++
++ +++ +++
拆开后,我们将其一一组合,发现有三种组合方式:
- 左,将其称为单独块,定义 \(dp[i][1]\) 为 \(\max\limits_{k \in [1,i]}[a[k][1]+a[k][2]]\)。
- 左 + 中,将其称为 L 形块,定义 \(dp[i][2]\) 为 \([1,i]\) 中的最大 L 形块。
- 左 + 中 + 右,即为凹形块,定义 \(dp[i][3]\) 为 \([1,i]\) 中的最大凹形块。
不难发现,这三块可以同时计算:
- 左的单独块就是普通的最大子段和。
- 左 + 中的 L 形块可以是从左的单独块接上一个 \(a[i][2]\) 或者左 + 中的 L 形块接上一个 \(a[i][2]\),即为:
- 左 + 中 + 右的凹形块可以是从左 + 中的 L 形块接上一个 \(a[i][1]+a[i][2]\) 或者左 + 中 + 右的凹形块接上一个 \(a[i][1]+a[i][2]\),即为:
我们就可以 \(\mathcal O(n)\) 计算了,回顾本题,我们将其 拆开 为三块,然后 组合 计算,很容易就完成了拆块最大子段和。
是不是还挺简单的?
Practice 1 P7160 「dWoi R1」Sixth Monokuma's Son
这题将不会详细的讲述如何 拆开 和 组合,而是将直接讲述 拆开 和 组合 的结果。
Description
给定一个 \(n \times m\) 的矩阵,第 \(i\) 行第 \(j\) 列的数为 \(a[i][j]\)。
求一个矩形环使得环里的数之和最大。
矩形环定义为一个 \(n \times w_1\) 的矩阵,其中 \(3 \le w_1 \le m\),然后在中间选取一个 \((n-2) \times w_2\) 的矩阵挖掉,第一行和最后一行要保留,其中 \(1 \le w_2 \le (m-2)\),且挖掉这个矩阵之后上下左右都要有保留的部分。
Step 1:\(n \le 10\),\(m \le 1000\)。
Step 2:\(n \le 10\),\(m \le 10^5\)。
Solution for Step 1
一个矩阵环即为:
---+++++--
---+--++--
---+--++--
---+++++--
拆开 结果如下所示:
---+ ++ ++--
---+ -- ++--
---+ -- ++--
---+ ++ ++--
我们还是枚举中间的 \([l,r]\),然后左右算最大子段和。
\(\mathcal O(n^2)\),期望得分 \(50\)。
Solution for Step 2
重新 拆开:
+ ++ ++
+ -- ++
+ -- ++
+ ++ ++
然后 组合 为三部分:
- 左的单独块。
- 左 + 中的 C 形块。
- 左 + 中 + 右的矩形环。
具体细节请读者自行完善,可以做到 \(\mathcal O(m)\)(输入省略)。