DP的优化和根号分治: 跑步
NOI-Online 2020 跑步
题意
求整数可重复划分方案数, \(n \leq 10^5\).
\(50'\)
状态 \(f_{i, j}\) 的表示数字 \(i\) 的划分中, 最大的数是 \(j\) 的方案数.
如 5 5 2 1 就是一个包括在 \(f_{13, 5}\) 中的一个划分方案.
每个状态 \(f_{i, j}\) 由所有 \(f_{i - j, k},~k \in [1, j]\) 的总和组成. 可以理解成在 \(f_{i - j, k}\) 的每一个划分方案中加上一个元素 \(j\) 得到一个对应的 \(i\) 的划分.
\(O(n^2)\) 的状态, \(O(n)\) 的转移, 复杂度 \(O(n ^ 3)\).
for (register unsigned i(1); i <= n; ++i) {
f[i][i] = 1;
}
for (register unsigned i(2); i <= n; ++i) {
for (register unsigned j(1); j < i; ++j) {
for (register unsigned k(1); k <= j; ++k) {
f[i][j] += f[i - j][k];
if(f[i][j] >= p) f[i][j] -= p;
}
}
}
for (register unsigned i(1); i <= n; ++i) {
Ans += f[n][i];
if(Ans >= p) Ans -= p;
}
\(70'\)
改变状态的定义, \(f_{i, j}\) 表示所有元素小于等于 \(j\) 的 \(i\) 的方案数, 也就是 \(50'\) 状态的前缀和.
这时转移可以理解为, \(f_{i, j - 1}\) 表示的单个元素小于等于 \(j - 1\), 组成 \(i\) 的方案中, 其元素一定小于 \(j\), 所以也应该统计入 \(f_{i, j}\) 中.
而 \(f_{i - j, j}\) 则是将元素在 \(j\) 以内的 \(i - j\) 的划分中, 加入一个元素 \(j\) 得到的方案.
这样可以把转移优化到 \(O(1)\), 状态仍是 \(O(n^2)\), 时间复杂度 \(O(n^2)\).
f[1][1] = 1;
for (register unsigned i(1); i <= n; ++i) {
f[0][i] = 1;
}
for (register unsigned i(1); i <= n; ++i) {
for (register unsigned j(1); j <= i; ++j) {
f[i][j] = f[i][j - 1] + f[i - j][j];
if(f[i][j] >= p) f[i][j] -= p;
}
for (register unsigned j(i + 1); j <= n; ++j) {
f[i][j] = f[i][j - 1];
}
if(f[i][i] >= p) f[i][i] -= p;
}
printf("%u\n", f[n][n]);
\(80'\)
发现对于第二维只会用到 \(j\) 和 \(j - 1\) 可以滚动数组, 只保留第一维, 对整个数组进行 \(O(n)\) 次转移.
\((本次)f_i = (上次)f_i + (本次)f_{i - j}\)
状态 \(O(n^2)\), 空间复杂度 \(O(n)\), 转移 \(O(1)\), 时间复杂度 \(O(n^2)\).
之所以能多得 \(10'\), 是因为时空复杂度同阶的时候, 往往空间更容易炸, 于是优化了空间.
f[0] = 1;
for (register unsigned j(1); j <= n; ++j) {
for (register unsigned i(j); i <= n; ++i) {
f[i] += f[i - j];
if(f[i] >= p) f[i] -= p;
}
}
printf("%u\n", f[n]);
\(100'\)
根号分治, 设 \(Sq = \sqrt n\), 先将所有 \(j \leq Sq\) 的 \(f_i\) 求出来, 这时的 \(f_i\) 表示单个元素不超过 \(j\) 的 \(i\) 的划分方案数. (除了 \(j\) 的上界以外和 \(80'\) 完全相同)
n = RD(), p = RD(), Sq = sqrt(n) + 1;
f[0] = 1;
for (register unsigned j(1); j <= Sq; ++j) {
for (register unsigned i(j); i <= n; ++i) {
f[i] += f[i - j];
if(f[i] >= p) f[i] -= p;
}
}
然后再定义一个数组 \(g_{i, j}\), 表示包含 \(i\) 个非 \(0\) 元素的 \(j\) 的划分, 其中, \(i \leq Sq\).
转移也很简单 \(g_{i - 1, j - 1}\) 是 \(i - 1\) 个元素的 \(j - 1\) 的划分, 所有这种划分加上一个元素 \(1\) 就是一个 \(i\) 个元素, \(j\) 的划分. \(g_{i, j - 1}\) 是 \(i\) 个元素, \(j - i\) 的划分, 给这种划分的每个元素加 \(1\), 得到的就是一个最小元素大于 \(1\) 的 \(i\) 个元素的 \(j\) 的划分. 这两种情况互不重复, 因为前者最小元素是 \(1\), 后者最小元素大于 \(1\). 也不会遗漏, 因为任何可行的划分都是可以由 \(1\) 的划分和这两种转移转移而来的.
g[0][0] = 1;
for (register unsigned i(1); i <= Sq; ++i) {
for (register unsigned j(i); j <= n; ++j) {
g[i][j] = g[i - 1][j - 1] + g[i][j - i];
if(g[i][j] >= p) g[i][j] -= p;
}
}
然后统计答案.
我们把一个划分中的元素分成两类: \(\leq Sq\) 和 \(> Sq\).
枚举 \(i\) 作为 \(> Sq\) 的元素个数, 因此 \((Sq + 1)i \leq n\), \(i = O(\sqrt n)\).
枚举 \(j\) 作为 \(> Sq\) 的元素总和, 因此 \(j \in [(Sq + 1)i, n]\).
对于每一个 \(i\), \(j\) 作为约束, 求合法 \(n\) 的划分方案数.
分别讨论两种元素, 首先是 \(\leq Sq\) 的元素, 它们的总和应该是 \(n - j\), 前面求出了 \(f\) 数组, 因此元素不大于 \(Sq\) 的 \(n - j\) 的划分就是 \(f_{n - j}\).
接下来是 \(> Sq\) 的元素, 因为每个元素都大于 \(Sq\), 所以我们可以只考虑它们比 \(Sq\) 多出来的部分. 所以相当于求包含 \(i\) 个元素的 \(j - Sq \times i\) 的划分, 也就是 \(g_{i, j - Sq \times j}\).
因为两种元素对 \(j\) 和 \(n - j\) 的划分中, 不同种类的元素大小一定不同, 所以互不干扰, 使用乘法原理统计答案即可:
for (register unsigned i(0); i * (Sq + 1) <= n; ++i) {
for (register unsigned j(i * (Sq + 1)); j <= n; ++j) {
Ans = ((unsigned long long)g[i][j - Sq * i] * f[n - j] + Ans) % p;
}
}
对于 \(f\), 状态数 \(O(n\sqrt n)\), 转移 \(O(1)\), 时间复杂度 \(O(n\sqrt n)\).
对于 \(g\), 状态数 \(O(n\sqrt n)\), 转移 \(O(1)\), 时间复杂度 \(O(n\sqrt n)\).
对于 \(Ans\), 时间复杂度 \(O(n\sqrt n)\).
总复杂度 \(O(n \sqrt n)\).
