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  • TopCoder SRM 560 Div 1

    传送门:https://284914869.github.io/AEoj/560.html

    题目简述:

    定义"项"为两个不同变量相乘。 
    求一个由多个不同"项"相加,含有n个不同变量的式子的最大值。 
    另外限制了每一个变量的最大最小值R[i]和L[i]和所有变量之和的最大值Max。 

    n<=13

    题外话:

    刚开始做这道题的时候,感觉意外眼熟?

    codeforces 839 E(此题的退化版):http://codeforces.com/contest/839/problem/E

    所以这里将介绍两道题的做法(证明)。

    先来看

    codeforces 839E

    题意:给出一个图的邻接矩阵,要求给每个点赋一个>=0的值,使得点权和为K,并定义每条边权值为两端点点权的乘积,要求最大化边的权值和。

    结论:最大化边权就是要将k均分给图中的最大团中的点。

    证明:codeforces上给出了一种数学归纳法的证明:http://codeforces.com/blog/entry/53815

    但这里将介绍一种新的证明方法:

    首先,现在有一种分配点权的方案,

    a.对于两个点a,b,假设之间没有边,且与a点相连的点权和为sa,与b点相连的点权和为sb。

    再假设当前a的点权为pa,b的点权为pb。

    因为全部的点权和=k,所以要维持pa+pb = 一个定值。

    这两个点对答案的贡献是pa*sa+pb*sb

    若sa>=sb,那么(pa+pb)*sa+0*sb >= pa*sa+pb*sb,对答案的贡献更大。所以把b的点权降为0更优。

    若sa<=sb,那么0*sa+(pa+pb)*sb >= pa*sa+pb*sb,对答案的贡献更大。所以把a的点权降为0更优。

    由此可见,存在一种最优的分配方案,任意不相连的两个点,其中至少有一个点点权为0。

    b.由a得到的结论可得,最优分配方案中,所有点权>0的点之间,两两都有边(即团)。

    我们来证明这个团中,每个点的点权相同

    我们先给这个团中的每个点随机赋一个权值(满足权值和=k)。

    若在这个团中并不是每个点的点权相同:

    假设在这个团中,a,b权值pa不等于pb。(a与b相连)

    设与a点相连的点权和(包括pb)为sa = k-pa,与b点相连的点权和(包括pa)为sb = k-pb

    假设把a的点权变为pa+t,b的点权变为pb-t对边的权值和的贡献最大。

    这时,边的权值和的变化量为 t*(sa-pb) - t*(sb-pa) + (pa+t)*(pb-t) - pa*pb = - t*t + t*(sa-sb)

    那么这变成了一个二次函数最值问题(初中知识吧。。)

    t=(sa-sb)/2=(pb-pa)/2的时候最优。

    此时a权从pa-->(pa+pb)/2,b权从pb-->(pa+pb)/2。即pa,pb变为了它们的平均数。

    所以,可以对这个团进行若干个这样的操作,

    每次取两个权值不相同的点,把它们的权值设为它们的平均数。

    最终的最优方案,一定是每个点点权相同。

    c.接下来我们证明,最大团最优。

    若团的大小为s。边的权值和为

    s越大越好。

    TopCoder SRM 560 Div 1 - Problem 1000 BoundedOptimization

    终于回到正题了。。。

    若两个变量的乘积对答案有贡献,就将这两个点之间连一条边。与上题类似,唯一的区别就是:

    L[i],R[i],Max的限制。并且,数据范围变小。

    其实证明方法类似。

    a.存在一种最优的分配方案,任意不相连的两个点,其中至少有一个点点权为为L[i]或R[i]。

    证明方法同上。

    b.就不一样了

    由a得到的结论可得,最优分配方案中,所有点权大于L[i],小于R[i]的点之间,两两都有边(即团)。

    这里,设团中的点权和为tot。

    设团中某两个点a,b(设点权分别为pa,pb,设pa+pb=S)

    设a,b连向团外的点权和分别为Wa,Wb

    这两个点对答案的贡献是pa*pb + pa*(tot-S+Wa) + pb*(tot-S+Wb) = -pa^2 + pa*(S+Wa-Wb)  + S*(tot-S+Wb)

    又是一个二次函数最值问题。

    pa = (S+Wa-Wb)/2,pb = (S+Wb-Wa)/2时

    (除非pa或pb不在L到R范围内,此时pa或pb有一项为L或R时更优,则a或b不会在团内,所以不考虑这种情况)

    最优。

    考虑pa和pb的特点:pa-Wa = (S-Wa-Wb)/2, pb-Wb = (S-Wa-Wb)/2。

    于是pa - Wa = pb - Wb 

    所以这个团中的每一个点,pi - Wi是一个定值。

    c.如何求解

    一个很简单的思路出来了。

    枚举哪些点权为L[i],哪些点权为R[i],其余点形成团。

    这个枚举的过程是3^n

    这个基础上求解,

    对于团中的每一个点,可以轻易地求出W[i](定义见b)

    也可以知道团的点权和 <= 一个值。设团的点权和 <= sum

    由b的结论可得:团中p[i] - W[i]是一个定值。

    设p[i] - W[i] = C

    又p[i] = C+W[i] <= R[i],所以C <= R[i] - W[i]。

    p[i] = C+W[i] >= L[i],所以C >= L[i] - W[i]。

    同时sigma{p[i]}<=sum,所以sigma{ C+W[i] }<=R[i]。

    由于点权总体越大越好,所以C越大越好。解上述不等式,求出最大的C。

    最后求出在这种情况下图的边权和,更新答案,便做完了!

    真是道好题!

    注:可能我的方法不太优秀,欢迎各位大佬在评论区给出更方便的做法

    这里给出代码:

     1 #include <cstdio>
     2 #include <string>
     3 #include <vector>
     4 #include <cstring>
     5 #include <iostream>
     6 #include <algorithm>
     7 using namespace std;
     8 #define _CLASSNAME_ BoundedOptimization
     9 #define _METHODNAME_ maxValue
    10 #define _RC_ double
    11 #define _METHODPARMS_ vector <string> s, vector <int> L, vector <int> R, int maxSum
    12 #define ref(i,x,y)for(int i=x;i<=y;++i)
    13 #define def(i,x,y)for(int i=x;i>=y;--i)
    14 double tot, Ans;
    15 int n, maxsum, w[13], W[13];
    16 struct xint { int L, R; }p[13];
    17 bool a[13][13];
    18 bool isletter(char c) { return c >= 'a'&&c <= 'z'; }
    19 double _min(double a, double b) { return a < b ? a : b; }
    20 void work(int x) {
    21     if (maxsum < 0)return;
    22     if (x == n) {
    23         double tmp = 2e9; int num = 0, sum = 0;
    24         ref(i, 0, n - 1)if (w[i] < 0)tmp = _min(tmp, p[i].R - W[i]), ++num, sum += W[i];
    25         tmp = _min(tmp, 1.0*(maxsum - sum) / num);
    26         ref(i, 0, n - 1)if (w[i] < 0)if (tmp + W[i] < p[i].L)return;
    27         double ans = tot, ans2 = (sum + num*tmp)*(sum + num*tmp);
    28         ref(i, 0, n - 1)if (w[i] < 0)ans += (tmp + W[i])*W[i];
    29         ref(i, 0, n - 1)if (w[i] < 0)ans2 -= (tmp + W[i])*(tmp + W[i]);
    30         ans = ans + ans2 / 2;
    31         if (ans > Ans)Ans = ans;
    32         return;
    33     }
    34     int tmp = tot;
    35     //first case
    36     w[x] = p[x].L;
    37     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] < 0 && a[x][i])W[i] += w[x];
    38     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] >= 0 && a[x][i])tot += w[i] * w[x];
    39     maxsum -= w[x]; work(x + 1); maxsum += w[x];
    40     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] < 0 && a[x][i])W[i] -= w[x];
    41     tot = tmp;
    42     //second case
    43     w[x] = p[x].R;
    44     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] < 0 && a[x][i])W[i] += w[x];
    45     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] >= 0 && a[x][i])tot += w[i] * w[x];
    46     maxsum -= w[x]; work(x + 1); maxsum += w[x];
    47     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] < 0 && a[x][i])W[i] -= w[x];
    48     tot = tmp;
    49     //third case
    50     w[x] = -1; W[x] = 0;
    51     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] < 0 && !a[x][i])return;
    52     ref(i, 0, x - 1)if (w[i] >= 0 && a[x][i])W[x] += w[i];
    53     work(x + 1);
    54     W[x] = 0;
    55 }
    56 class _CLASSNAME_ {
    57 public:
    58     _RC_ _METHODNAME_(_METHODPARMS_)
    59     {
    60         string S = "";
    61         memset(a, 0, sizeof a);
    62         memset(W, 0, sizeof W);
    63         memset(w, 0, sizeof w);
    64         Ans = 0; tot = 0;
    65         ref(i, 0, s.size() - 1)S = S + s[i];
    66         ref(i, 0, S.size() - 2)if (isletter(S[i]) && isletter(S[i + 1]))
    67             a[S[i] - 'a'][S[i + 1] - 'a'] = a[S[i + 1] - 'a'][S[i] - 'a'] = 1;
    68         n = L.size();
    69         ref(i, 0, n - 1)p[i].L = L[i], p[i].R = R[i];
    70         maxsum = maxSum;
    71         work(0);
    72         return _RC_(Ans);
    73     }
    74     // BEGIN CUT HERE
    75 public:
    76     void run_test(int Case) { if ((Case == -1) || (Case == 0)) test_case_0(); if ((Case == -1) || (Case == 1)) test_case_1(); if ((Case == -1) || (Case == 2)) test_case_2(); if ((Case == -1) || (Case == 3)) test_case_3(); }
    77 private:
    78     template <typename T> string print_array(const vector<T> &V) { ostringstream os; os << "{ "; for (typename vector<T>::const_iterator iter = V.begin(); iter != V.end(); ++iter) os << '"' << *iter << "","; os << " }"; return os.str(); }
    79     void verify_case(int Case, const double &Expected, const double &Received) { cerr << "Test Case #" << Case << "..."; if (Expected == Received) cerr << "PASSED" << endl; else { cerr << "FAILED" << endl; cerr << "	Expected: "" << Expected << '"' << endl; cerr << "	Received: "" << Received << '"' << endl; } }
    80     void test_case_0() { string Arr0[] = { "ba+cb" }; vector <string> Arg0(Arr0, Arr0 + (sizeof(Arr0) / sizeof(Arr0[0]))); int Arr1[] = { 0,0,1 }; vector <int> Arg1(Arr1, Arr1 + (sizeof(Arr1) / sizeof(Arr1[0]))); int Arr2[] = { 1,2,1 }; vector <int> Arg2(Arr2, Arr2 + (sizeof(Arr2) / sizeof(Arr2[0]))); int Arg3 = 3; double Arg4 = 2.25; verify_case(0, Arg4, maxValue(Arg0, Arg1, Arg2, Arg3)); }
    81     void test_case_1() { string Arr0[] = { "ab" }; vector <string> Arg0(Arr0, Arr0 + (sizeof(Arr0) / sizeof(Arr0[0]))); int Arr1[] = { 0, 0, 10 }; vector <int> Arg1(Arr1, Arr1 + (sizeof(Arr1) / sizeof(Arr1[0]))); int Arr2[] = { 20, 20, 20 }; vector <int> Arg2(Arr2, Arr2 + (sizeof(Arr2) / sizeof(Arr2[0]))); int Arg3 = 12; double Arg4 = 1.0; verify_case(1, Arg4, maxValue(Arg0, Arg1, Arg2, Arg3)); }
    82     void test_case_2() { string Arr0[] = { "ca+fc+fa+d","b+da+","dc+c","b","+ed+eb+ea" }; vector <string> Arg0(Arr0, Arr0 + (sizeof(Arr0) / sizeof(Arr0[0]))); int Arr1[] = { 10,11,12,13,14,15 }; vector <int> Arg1(Arr1, Arr1 + (sizeof(Arr1) / sizeof(Arr1[0]))); int Arr2[] = { 15,16,17,18,19,20 }; vector <int> Arg2(Arr2, Arr2 + (sizeof(Arr2) / sizeof(Arr2[0]))); int Arg3 = 85; double Arg4 = 2029.25; verify_case(2, Arg4, maxValue(Arg0, Arg1, Arg2, Arg3)); }
    83     void test_case_3() {
    84         string Arr0[] = { "db+ea+ik+kh+je+","fj+lk+i","d+jb+h","a+gk+mb+ml+lc+mh+cf+fd+","gc+ka+gf+bh+mj+eg+bf+hf+l","b+al+ja+da+i",
    85             "f+g","h+ia+le+ce+gi+d","h+mc+fe+dm+im+kb+bc+","ib+ma+eb+mf+jk+kc+mg+mk+","gb+dl+ek+hj+dg+hi","+ch+ga+ca+fl+ij+fa+jl+dc+dj+fk","+li+jg" }; vector <string> Arg0(Arr0, Arr0 + (sizeof(Arr0) / sizeof(Arr0[0]))); int Arr1[] = { 57,29,50,21,49,29,88,33,84,76,95,55,11 }; vector <int> Arg1(Arr1, Arr1 + (sizeof(Arr1) / sizeof(Arr1[0]))); int Arr2[] = { 58,80,68,73,52,84,100,79,93,98,95,69,97 }; vector <int> Arg2(Arr2, Arr2 + (sizeof(Arr2) / sizeof(Arr2[0]))); int Arg3 = 845; double Arg4 = 294978.3333333333; verify_case(3, Arg4, maxValue(Arg0, Arg1, Arg2, Arg3));
    86     }
    87 
    88     // END CUT HERE
    89 };
    90 // BEGIN CUT HERE
    91 
    92 int main() {
    93     _CLASSNAME_ user;
    94     user.run_test(-1);
    95     getchar();
    96 }
    97 // END CUT HERE
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Blog-of-Eden/p/7794609.html
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