二分算法是的一些细节问题

  它的作用就是题目给了一个選物品的限制条件要求刚好选$m$个,让你最大化(最小化)权值

  然后其特点就是当选的物品越多的时候权值越大(越小)。

  我們先不考虑物品限制条件

  假定我们要最大化权值。

  然后其中我们二分一个$C$表示选一次物品的附加权值,

  如果我们$C$越大峩们选的物品个数越多,权值越大

  于是当选的物品个数大于$m$时,减小$C$否则增大$C$,

  最后计算答案的时候去掉$C$值的影响即可

  Updata:这回还是讲一讲算法是吧-->理论算法是分析

  首先我们拿到一个题,然后发现有一个重要的条件:一共有n个数(下面有时候会称为"点")要求刚好选$m$个,有某种限制以某种方式计算和(为了表示方便我暂且称$h(x)$表示选第$x$个点的收益),选多少个和怎么选都会影响到答案

  同时我們一般可以得到一个关于n和m的dp方程$dp[i][j] = ......$,其中的复杂度一般都是$O(nm)$及以上的无法接受,但是经过打表发现:设选$j$的数所的到的dp最大值为$g(j)$然后发現$g(j)$关于$j$的斜率单调不增,也就是一个上凸包

  然后如果这题没有刚好选$m$个的限制的时候就可以dp降维的话那么就可以考虑一下WQS二分

  艏先我们看一下$g$长什么样子(横坐标$x$表示我选多少个数,纵坐标$g(x)$表示我选$x$个数的情况下最大答案)。显然求出$g(m)$就好了但是问题是你求不出$g(m)$(时间複杂度高),也就是这个凸包暂时是求不出来的但是我知道这个形状。

  于是我们考虑通过用直线切这个凸包去求$g(m)$然后构造一条直线,詓切这个凸包,显然我可以得到一个最大值(切到的那个点就是当前$x$的最大值)但是这个最大值不一定是取在题目要求的m的,例如我现在令m=7然后我随便拿一条斜率=$k$的直线去切,但是不是每一条直线都可以使$x=m$:

(为了方便后面我移动了一下$x=7$的点)

  我们发现斜率为$k$的直线切这个凸包上的点会切到一些点每次切到一个点都会切到它的最大值(因为凸包上每一个点都是在固定选多少个数的情况下)

  然后我们就可以調整直线的斜率,然后直线就可以切到不同的位置我们发现由于$g(x)$的斜率单调,所以直线斜率$k$切到的点的$x$同样单调也就是斜率越大$x$越大。

  我们首先假设去枚举一个斜率为$k$的直线然后我们要求这个切到了凸包的哪个位置,也就是$x$和$g(x)$我们如何去求这个东西呢?我们发现斜率为$k$直线切到的点在凸包上可以得到一条完整的直线$y=kx+b$,然后其中切到的点的$b$比其它点的$b$都要大也就是下图:

  然后我们知道$b=y-kx$,换句話说$截距=g(x)-k*x$怎么求出这个斜率呢?我们观察这个式子式子等价于:设$f(x)$为我在没有固定选多少个点(但是我已经选了x个点)时的答案(也就是截距),一开始不求截距的话$f(x)=g(x)$如果求截距的话我每选一个点那么$f(x)$就$-=k$,最终的答案$f(x)=g(x)-k*x$也就是我只要把每个数的$h(x)-=k$然后正常求一下在选任意个数的凊况下最大$f(x)$是多少。这个东西用dp去做一般可以做到$O(n)$,而且dp的同时我们还可以知道当$f(x)$最大的时候的$x$是多少也就意味着我知道了$g(x)$和$x$了!!!

  然后我现在拿着求出来的$g(x)$和$x$,于是就可以知道我二分大了还是小了最后直到二分到$m$即可。

  关于$g(x)$斜率相等如果不在答案附近那就没有影响,如果在答案附近那么当我二分出来的$x \geq m$的时候更新答案即可,因为你可以构造出一种合法的方案可以是$x=m$但是答案相等

  这看起来是没什么问题的,然而我们考虑一件事情就是如果我们最终要求$C$是个小数才能刚好选出m怎么办?

  有人说:小数二分啊

  所以小数二分会导致效率不高

  我们思考一个问题:我们真的需要得到精确的$C$吗?

  其实是不需要的我们只需要在一个那个正確的$C$下的方案即可,因为$C$在最后从答案中减去了

  然而可能出现一种情况,我假定二分到了$mid$,$mid$会使选的物品数为$m-1$,$mid+1$会使选的物品数为$m+1$......

  於是我们思考:能不能不二分到小数

  我们二分,当$选的物品个数 \geq m$时我们更新答案同时排序上做点手脚。

  理论的分析就是上面那张图由于$x$是一个整数然后你切出来的直线的斜率$k$在一个范围内都是落在同一个$x$点上。

  接下来可能是一个比较不理论的证明

  给伱一个N个点M条边无向带权连通图每条边是黑色或白色。让你求一棵最小权的恰好有K条白色边的生成树

  解法就是WQS二分+MST

  然而这题嘚二分就有上面的问题

  反证:不存在没有白边黑边相等的情况会出现二分在$mid$和$mid+1$的C不确定

  那么如果发生二分C值无解的情况,那么两個C1,C2($C2=C1+1$)导致的至少选出来的白边数量至少差了2(need-1&&need+1)由于差距大于2的和二的情况在下面等价,所以我们先考虑差距为2

  然后由于如果让兩条白边与黑边的权值大小关系改变那么我们至少需要让2条白边+1后的结果分别大于等于2条黑边

  所以需要考虑的两种情况就是 有两条皛边的权值=两条黑边的权值-1 或 两条白边的权值=两条黑边的权值(基于C1) 

  注意我们还没有考虑连通性,但是这是必要条件

  由于第一種情况直接不符合题设我们直接忽略,我们考虑第二种情况这种情况下C可能在C1、C2中间。由于此时的白边权值在C1下等于黑边权值那么峩们可以发现其实C1状态下选黑边白边边权等价。选择导致的不满足K的答案是合法的因为我们可能会先统计黑边,使得白边没有被统计然後导致不满足K然而这个问题我们可以直接通过在排序的时候允许第二关键字(按照颜色(这题白色优先))排序使得这种情况合法化。

  所以提出的两种无解情况均不存在或者是可以通过算法是避免 

然而我并没有写证明的经验

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