核心思想:从集合角度来分析DP问题
在我们遇到的DP问题中,一般都是求在一个有限集内的最值,但是这些方案数量一般都是指数级别的,想要一个一个查找出来不太可能。所以DP方法是用来优化这种寻找最优方案的过程的。
DP问题一般来说分析时都要经过两个阶段:
状态表示(化零为整):指把一些具有相似点的方案,划分为一个子集,然后用一个状态来表示它。现在假设我们的状态表示为 \(f[i]\)。
状态表示要从两个角度来分析:
状态计算(化整为零):先看一下 \(f[i]\) 表示的所有状态是什么:
比如说是这个集合:
然后把它划分成一个个子集(如果求的是数量那么必须不重复;如果求的是最大值就不用管了),我们的划分依据是:寻找最后一个不同点。
如果要求整个状态的最大值的话,我们只需要把这个状态的所有子集的最大值求出来,再把整个集合的最大值求出来就可以了。这样,我们就成功把一个大问题分解成一个个小问题求解出来了。
举例:01背包问题
开始使用闫氏DP分析法!
状态表示:\(f[i][j]\)
状态计算:
想要取得最大值,只需要得出左边集合的最大值和右边集合的最大值就可以了。
我们来看一下这两个子集分别是什么
完成!这样我们就成功地把这个问题推出来了。
这个问题还可以再继续优化,目前的状态表示是二维的,但是每次我们只会用到第 \(i - 1\) 层的东西,这样就可以用滚动数组来优化了。还有,我们的状态表示的第二维要么是用自己,要么是用比自己小的数,我们就可以从大到小枚举体积,换为一维数组来存储状态。
为什么可以这样呢?如果用一维数组来存储状态,状态转移方程就是这样了:
\(f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] +w[i])\)
因为我们是从大到小枚举体积,所以这时的 \(f[j - v[i]]\) 还没有在第 \(i\) 层被更新过;所以此时它存的就是上一层的 \(f[j - v[i]]\),也就是 \(f[i - 1][j - v[i]]\)。
代码:
朴素版
#include <iostream>
#define N 1010
using namespace std;
int n, m;
int v[N], w[N];
int f[N][N];
int main() {
cin >> n >> m;
for (int i = 1; i <= n; ++i) cin >> v[i] >> w[i];
for (int i = 1; i <= n; ++i)
for (int j = 0; j <= m; ++j) {
f[i][j] = f[i - 1][j]; // 左半边的子集
if (j >= v[i]/*右半边的方案是存在的*/) f[i][j] = max(f[i][j], f[i - 1][j - v[i]] + w[i]);
}
cout << f[n][m] << '\n';
return 0;
}
优化版
#include <iostream>
#define N 1010
using namespace std;
int n, m;
int v[N], w[N];
int f[N];
int main() {
cin >> n >> m;
for (int i = 1; i <= n; ++i) cin >> v[i] >> w[i];
for (int i = 1; i <= n; ++i)
for (int j = m; j >= v[i]/*就相当于在循环里判断一句j >= v[i]*/; --j)
f[j] = max(f[j], f[j - v[i]] + w[i]);
cout << f[m] << '\n';
return 0;
}
有了闫氏DP分析法,从此再也不怕DP问题!