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  • 2019牛客暑期多校训练营(第一场) E ABBA(dp/组合数学)

    链接:https://ac.nowcoder.com/acm/contest/881/E
    来源:牛客网

    题目大意:求长度为2*(n+m)的字符串数量,要求满足其中有n个'AB'子串,m个'BA'子串。

    例如:

    给出n=1,m=2的合法序列:

    ABABAB

    ABABBA

    ABBAAB

    ABBABA

    ABBBAA

    BAABBA

    BAABAB

    BABAAB

    BABABA

    BABBAA

    BBAAAB

    BBAABA

    BBABAA

    仔细观察,我们会发现每个字符串的前n个A一定是属于'AB'子串里的A,前m个B一定是属于'BA'子串里的B。

    比如BAABAB,前两个B属于'BA'里的B,前一个A属于'AB'里的A。自然能组合出1个'AB',2个‘BA’。

    接下来我们讨论解法:

    一、动态规划(dp)

    根据题目条件我们可以建立一个二维数组dp[i][j]代表i个A和j个B时满足条件的字符串数量,可以得出dp[i][j]都是由dp[i-1][j]和dp[i][j-1]的状态转移过来的,需要一直推到i=n+m,j=m+n。

    一开始,空字符串dp[0][0]=1

    当i+1≤n,dp[i+1][j]+=dp[i][j]  ///对于上述观察法,我们可以得出当i+1≤n时,相比dp[i][j]多出了1个A,满足情况显然可以放

    当i+1<=j+n,dp[i+1][j]+=dp[i][j] ///由上一步i+1大于n时,可以得出此时m中有(i+1-n)个‘A’还未配对,由上述观察法,得出此时至少需要有j个'B'和它配对

    同理可得

    当j+1<=m,dp[i][j+1]+=dp[i][j] 

    当j+1<=i+m,dp[i][j+1]+=dp[i][j]

    所以我们就可以O((n+m)*(n+m))的求了

    二、组合数学

    首先考虑包含全部可能的解,对于n个'AB'子串,m个'BA'子串共有C(2*n+2*m,n+m)组解(包含不合法的解)。

    接下来考虑只要把不合法的解减掉,剩下的便是合法的解了!

    取A为1,B为-1,便可以将字符串处理成前缀和的形式,所以任意点的前缀和便为-m≤sum[i]≤n(极限情况)。

    假设现在有不符合情况的字符串s,sum[i]=n+1。

    从左往右枚举,考虑两种极限情况,第一种是sum[i]=-(m+1),第二种是sum[i]=n+1。

    这里我们讨论第二种,第一种可由读者自己推。

    对于sum[i]=n+1,就是存在一个最小的 i(i≥n+1),在第i项之前(包括第i项)有i个A,i-(n+1)个B。

    我们把这个字符串设为s,此时s中有n+m个A,n+m个B(假设它符合条件),由于是假设的,这里不能通过直接算s中A,B的数量来求出不满足的情况,我们可以通过将前i项的A和B互换,将转换后的字符串记为t,通过t串间接求出s中A,B的数量。

    例如:n=1,m=2。

    对于s串AABABB,存在最小的i=2使得sum[i]=n+1。转换后的t串为BBBABB。

    那么对于s串和t串的前i项中A和B的差值都为n+1,转换关系可以写成f(s)=t,g(t)=s;

    可以得出这个过程是可逆的,所以我们只要求出t中A,B的数量,就能通过这个转换关系(A和B相差的数量)求出s串中A,B的数量。

    通过转换,我们能得到t串的特点:

    存在n+m-(n+1)个A,n+m+(n+1)个B,使得存在sum[j]=-(n+1)(一定存在,极限情况下前len个全是B,有sum[len]=-2*(n+1)≤-(n+1))。通过观察我们发现j与s串中的i相等。

    所以t中有n+m-(n+1)个A,n+m+(n+1)个B,通过A,B的原本数量的差值为(n+1)个能得出s串中有n+m+(n+1)个A,n+m-(n+1)个B,所以s串不符合原本含有n+m个A,n+m个B的假设,证毕。

    对于这种情况(这是上述两种极限情况中的第二种情况),共有C(2*n+2*m,m-1)组解。

    同理可得第一种极限情况有C(2*n+2*m,n-1)组解。

    所以答案为C(2*n+2*m,n+m)-C(2*n+2*m,n-1)-C(2*n+2*m,m-1)。

    代码可以通过组合数打表预处理O(4000*log(1e9+7)),最终对于每个询问O(1)输出答案。

    动态规划AC代码:

    语言:C++ 代码长度:1210 运行时间: 216 ms 占用内存:31832K

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 #define numm ch-48
     3 #define pd putchar(' ')
     4 #define pn putchar('
    ')
     5 #define pb push_back
     6 #define mp make_pair
     7 #define fi first
     8 #define se second
     9 #define fi first
    10 #define se second
    11 #define fre1 freopen("1.txt","r",stdin)
    12 #define fre2 freopen("2.txt","w",stdout)
    13 using namespace std;
    14 template <typename T>
    15 void read(T &res) {
    16     bool flag=false;char ch;
    17     while(!isdigit(ch=getchar())) (ch=='-')&&(flag=true);
    18     for(res=numm;isdigit(ch=getchar());res=(res<<1)+(res<<3)+numm);
    19     flag&&(res=-res);
    20 }
    21 template <typename T>
    22 void write(T x) {
    23     if(x<0) putchar('-'),x=-x;
    24     if(x>9) write(x/10);
    25     putchar(x%10+'0');
    26 }
    27 const int maxn=2010;
    28 typedef long long ll;
    29 typedef long double ld;
    30 const ll mod=1e9+7;
    31 ll dp[maxn][maxn];
    32 int main()
    33 {
    34     int n,m;
    35     while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF) {
    36         for(int i=0;i<=n+m;i++)
    37             for(int j=0;j<=m+n;j++)
    38                 dp[i][j]=0;
    39         dp[0][0]=1;
    40         for(int i=0;i<=n+m;i++)
    41             for(int j=0;j<=m+n;j++) {
    42                 if(j>=(i+1)-n) dp[i+1][j]=(dp[i+1][j]+dp[i][j])%mod;
    43                 if(i>=(j+1)-m) dp[i][j+1]=(dp[i][j+1]+dp[i][j])%mod;
    44             }
    45         write(dp[n+m][n+m]);pn;
    46     }
    47     return 0;
    48 }
    代码在这里!

    组合数学AC代码:

    语言:C++ 代码长度:1416 运行时间: 5 ms 占用内存:480K

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 #define numm ch-48
     3 #define pd putchar(' ')
     4 #define pn putchar('
    ')
     5 #define pb push_back
     6 #define mp make_pair
     7 #define fi first
     8 #define se second
     9 #define fi first
    10 #define se second
    11 #define fre1 freopen("1.txt","r",stdin)
    12 #define fre2 freopen("2.txt","w",stdout)
    13 using namespace std;
    14 template <typename T>
    15 void read(T &res) {
    16     bool flag=false;char ch;
    17     while(!isdigit(ch=getchar())) (ch=='-')&&(flag=true);
    18     for(res=numm;isdigit(ch=getchar());res=(res<<1)+(res<<3)+numm);
    19     flag&&(res=-res);
    20 }
    21 template <typename T>
    22 void write(T x) {
    23     if(x<0) putchar('-'),x=-x;
    24     if(x>9) write(x/10);
    25     putchar(x%10+'0');
    26 }
    27 const int maxn=4010;
    28 typedef long long ll;
    29 typedef long double ld;
    30 const ll mod=1e9+7;
    31 ll jie[maxn];
    32 ll inv[maxn];
    33 ll quickpow(ll a,ll b) {
    34     ll ans=1;
    35     while(b) {
    36         if(b&1) ans=(ans*a)%mod;
    37         a=(a*a)%mod;
    38         b>>=1;
    39     }
    40     return ans;
    41 }
    42 void init() {
    43     jie[0]=1;
    44     inv[0]=quickpow(jie[0],mod-2);
    45     for(int i=1;i<=4000;i++) {
    46         jie[i]=(jie[i-1]*(ll)i)%mod;
    47         inv[i]=quickpow(jie[i],mod-2);
    48     }
    49 }
    50 ll C(int n,int m) {
    51     return jie[n]*inv[n-m]%mod*inv[m]%mod;
    52 }
    53 int main()
    54 {
    55     int n,m;
    56     init();
    57     while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF) {
    58         ll ans=C((n<<1)+(m<<1),n+m);
    59         if(n) ans-=C((n<<1)+(m<<1),n-1);
    60         if(m) ans-=C((n<<1)+(m<<1),m-1);
    61         write((ans%mod+mod)%mod);
    62         pn;
    63     }
    64     return 0;
    65 }
    代码在这里!
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