NOIP2012普及组T3 摆花

【题目大意】
用 n 种花摆共 m 盆花,每盆仅能摆一种花,不分每种花、每盆花的顺序,第 i 种花可以不摆,最多摆 \(a_i\) 盆,求方案数。
【输入格式】
共 2 行。第一行包含两个正整数 n 和 m,中间用一个空格隔开。第二行有 n 个整数,每两个整数之间用一个空格隔开,依次表示 \(a_1\)\(a_2\)、……\(a_n\)
【输出格式】
一个整数,方案数对1000007取模的结果。
【数据范围】
对于10%的数据, \(0<n, m≤50,0≤a_i≤50\)
对于30%的数据, \(0<n, m≤100,0≤a_i≤100\)
对于60%的数据,\(0<n, m≤2333,0≤a_i≤2333\)
对于100%的数据,\(0<n, m≤8848,0≤a_i≤8848\)

〇、网上说法的一些问题

加了一些特别大的数据是因为网上大部分做法都是\(O(nm^2)\),没法对付n, m上千的情况。本题有时间\(O(nm)\),空间\(O(n+2m)\)的做法。
网上说\(O(nm^2)\)是背包的,是因为

对于一个给定了背包容量、物品费用、物品间相互关系(分组、依赖等)的背包问题,除了再给定每个物品的价值后求可得到的最大价值外,还可以得到装满背包或将背包装至某一指定容量的方案总数
对于这类改变问法的问题,一般只需将状态转移方程中的 max 改成 sum 即可。——《背包九讲》

不过,严格来说这不能算是背包,叫递推可能好点儿,因为动态规划专指解决最优化问题(求最大\小\快\慢)。当然分析时以及递推式与背包很像。

一、10%,时间\(O(n^2m^2)\),空间\(O(nm)\)

最初想的时候把状态搞复杂了……用\(f_{i,j}\)表示用前 i 种花摆前 j 盆时用第 i 种花摆第 j 盆,则可得递推式

\[f_{i,j}=\sum_{k=0}^{i-1}\sum_{l=j-a_i}^{j-1}f_{k,l} \]

也就是用前0~i-1种花摆j-\(a_i\)盆时用第i-1种花摆第j-\(a_i\)盆(则第 i 种花摆\(a_i\)盆)的方案数,加上用前0~i-1种花摆j-\(a_i\)+1盆时用第i-1种花摆第j-\(a_i\)+1盆(第 i 种花摆\(a_i\)-1盆)的方案数,一直到用前0~i-1种花摆j-1盆时用第i-1种花摆第j-1盆的方案数。
另外,在上面的递推式中,如果j<\(a_i\),递推式变为

\[f_{i,j}=\sum_{k=0}^{i-1}\sum_{l=0}^{j-1}f_{k,l} \]

边界条件,\(f_{0,0}\)=1,结果是\(f_{i,j}=\sum_{i=1}^nf_{i,m}\)

  f[0][0] = 1;
  for (i = 1; i <= n; i++)
    for (j = 1; j <= m; j++)
      for (k = 0; k < i; k++)
        for (l = max(0, j - a[i]); l < j; l++)
          (f[i][j] += f[k][l]) %= mod;
  for (i = 1; i <= n; i++)
    (ans += f[i][m]) %= mod;

虽说这方法很low但是我最早是通过这个方法推出O(nm)的方法的嗯。

二、30%,时间\(O(nm^2)\),空间\(O(nm)\)

如果\(f_{i,j}\)只是表示用前 i 种花摆前 j 盆(不一定要用第 i 种花),递推式便缩减成

\[f_{i,j}=\sum_{k=j-a_i}^{j-1}f_{i-1,k} \]

也就是(当第 i 种花摆\(a_i\)盆时)用前i-1种花摆j-\(a_i\)盆的方案数,加上(当第 i 种花摆\(a_i\)-1盆时)用前i-1种花摆j-\(a_i\)+1盆的方案数,一直到(当第 i 种花只摆1盆时)用前i-1种花摆j-1盆的方案数。
边界变为\(f_{i,0}\)=1,结果是\(f_{i,j}\)

for (i = 0; i <= n; i++)
  f[i][0] = 1;
for (i = 1; i <= n; i++)
  for (j = 1; j <= m; j++)
    for (k = max(0, j - a[i]); k < j; k++)
      (f[i][j] += f[i - 1][k]) %= mod;
ans = f[n][m];

三、60%,时间\(O(nm)\),空间\(O(nm)\)

推出这种方法的思路,一种是\(O(n^2m^2)\)的方法加二维前缀和。
将一维的前缀和推广到二维情况,用\(sum_{x,y}\)表示\(\sum_{i=0}^x\sum_{j=0}^yf_{i,j}\),如求\(f_{1,2}\)\(f_{4,5}\)的和(蓝色区域)。
这里写图片描述
很明显,蓝色部分的和=图中整个区域-橙色区域-绿色区域+屎黄色区域=\(sum_{4,5}-sum_{4,1}-sum_{0,5}+sum_{0,1}\)

不过这题的前缀和倒简单一点。当j<\(a_i\)时,$$f_{i,j}=\sum_{k=0}{i-1}\sum_{l=0}f_{k,l}=sum_{i-1,j-1}$$
而当j≥\(a_i\)

\[f_{i,j}=\sum_{k=0}^{i-1}\sum_{l=j-a_i}^{j-1}f_{k,l}$$注意到k是从0开始的,因此只要把 $l$ 这层拆开。 $$f_{i,j}=\sum_{k=0}^{i-1}\sum_{l=0}^{j-1}f_{k,l}-\sum_{k=0}^{i-1}\sum_{l=0}^{j-a_i-1}f_{k,l}=sum_{i-1,j-1}-sum_{i-1,j-a_i-1}\]

这里写图片描述
也就是\(f_{i,j}\)等于整个蓝色区域减去浅蓝色区域(不要在意为什么图片的字体不同)。
还有一点是更新sum数组。
这里写图片描述
如图,\(sum_{6,5}=sum_{4,6}+sum{5,5}-sum_{4,5}+f_{6,5}\)\(sum_{6,5}\)等于\(f_{6,5}\)\(f_{6,5}\)的左方和上方的所有数之和。用前缀和的思想,\(f_{6,5}\)的左方和上方的所有数一部分是\(sum_{4,6}\),另一部分是\(sum{5,5}\),而重叠的部分是\(sum_{4,5}\)
所以$$sum_{i,j}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}-sum_{i-1,j-1}+f_{i,j}$$
当j<\(a_i\)时,$$sum_{i,j}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}-sum_{i-1,j-1}+sum_{i-1,j-1}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}$$
当j≥\(a_i\)时,$$sum_{i,j}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}-sum_{i-1,j-1}+sum_{i-1,j-1}-sum_{i-1,j-a_i-1}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}-sum_{i-1,j-a_i-1}$$
这样就可以吃掉 f 数组了。
由于是从\(O(n^2m^2)\)的方法推出来,所以\(sum_{0,0}=f_{0,0}=1\),由于是前缀和,同理要把\(sum_{i,0}\)\(sum_{0,i}\)都清成1。

sum[0][0] = 1;
  for (i = 1; i <= n; i++)
    sum[i][0] = 1;
  for (i = 1; i <= m; i++)
    sum[0][i] = 1;
  for (i = 1; i <= n; i++)
    for (j = 1; j <= m; j++)
      if (a[i] <= j)
        sum[i][j] = (sum[i - 1][j] + sum[i][j - 1]) % mod;
      else
        sum[i][j] = (sum[i - 1][j] + sum[i][j - 1] - sum[i - 1][j - a[i] - 1] + mod) % mod;
  ans = (sum[n][m] - sum[n][m - 1] + mod) % mod;

绕了一大圈,我倒发现这个递推式本不用这么复杂的推导。用\(sum_{i,j}\)表示用前 i 种花摆前0~j盆花(不摆花+只摆第1盆花+摆前2盆花+...+摆前j盆花)的方案数。不用第 i 种花摆第 j 盆的方案数为\(sum_{i-1,j}\)。用第 i 种花摆第 j 盆的方案数为\(sum_{i, j-1}\),但当j≥\(a_i\)时,还要减去用前 i-1 种花摆前0~j-\(a_i\)-1盆花的方案数(因为前提是用第 i 种花摆第 j 盆,当用前 i-1 种花摆前 j-\(a_i\)-1盆花时,就要摆第 i 种花\(a_i\)+1盆;当用前 i-1 种花摆前 j-\(a_i\)-2盆花时,就要摆第 i 种花\(a_i\)+2盆,以此类推)。

四、100%,时间\(O(nm)\),空间\(O(n+2m)\)

呼我为什么要把那种复杂的分析方法写上……
在这个数据范围下时间复杂度是可以承受的,但空间炸了。可以注意到无论是\(sum_{i,j}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}\)还是\(sum_{i,j}=sum_{i-1,j}+sum_{i,j-1}-sum_{i-1,j-a_i-1}\)的 i 那层只有 i 和 i-1两种情况,所以用滚动数组可以解决空间问题。

sum[0][0] = sum[1][0] = 1;
  for (i = 1; i <= m; i++)
    sum[0][i] = 1;
bool t;
  for (i = 1, t = 1; i <= n; i++, t = !t)
    for (j = 1; j <= m; j++)
      if (j <= a[i])
        sum[t][j] = (sum[t][j - 1] + sum[!t][j]) % mod;
      else
        sum[t][j] = (sum[t][j - 1] + sum[!t][j] - sum[!t][j - a[i] - 1] + mod) % mod;

写完后我联系到01背包的空间优化方法本以为有一维数组的做法,但思虑再三发现不行。
这里写图片描述
在01背包的空间优化中,求灰色格的值需要用到的两个值都在灰色格的左边和上边。
这里写图片描述
但是在本题中,根据递推式,上图中无论是从左往右走还是从右往左走都会有后效性。

posted @ 2017-08-02 09:17  Planet6174  阅读(577)  评论(0编辑  收藏  举报