[Luogu P4206] [BZOJ 1415] [NOI2005]聪聪与可可

本文描述了一个关于猫抓老鼠的游戏算法问题,通过GPS定位和概率分析,探讨了猫如何最有效地抓住老鼠。文章详细介绍了算法的实现过程,包括预处理点移动方向、记忆化深度优先搜索、以及状态转移方程的推导。

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题目描述

在一个魔法森林里,住着一只聪明的小猫聪聪和一只可爱的小老鼠可可。虽 然灰姑娘非常喜欢她们俩,但是,聪聪终究是一只猫,而可可终究是一只老鼠, 同样不变的是,聪聪成天想着要吃掉可可。

一天,聪聪意外得到了一台非常有用的机器,据说是叫 GPS,对可可能准确 的定位。有了这台机器,聪聪要吃可可就易如反掌了。于是,聪聪准备马上出发, 去找可可。而可怜的可可还不知道大难即将临头,仍在森林里无忧无虑的玩耍。 小兔子乖乖听到这件事,马上向灰姑娘报告。灰姑娘决定尽快阻止聪聪,拯救可 可,可她不知道还有没有足够的时间。

整个森林可以认为是一个无向图,图中有 N N N 个美丽的景点,景点从 1 1 1 N N N 编号。小动物们都只在景点休息、玩耍。在景点之间有一些路连接。

当聪聪得到 GPS 时,可可正在景点 M M M( M ≤ N M≤N MN)处。以后的每个时间单位,可可 都会选择去相邻的景点(可能有多个)中的一个或停留在原景点不动。而去这些地方所发生的概率是相等的。假设有 P P P 个景点与景点 M 相邻,它们分别是景点 R、 景点 S,……景点 Q,在时刻 T T T 可可处在景点 M,则在( T + 1 T+1 T+1 )时刻,可可有 1 / ( 1 + P ) 1/(1 +P) 1/(1+P) 的可能在景点 R,有 1 / ( 1 + P ) 1/(1 +P) 1/(1+P) 的可能在景点 S,……,有 1 / ( 1 + P ) 1/(1 +P) 1/(1+P) 的可能在景点 Q,还有 1 / ( 1 + P ) 1/(1 +P) 1/(1+P)的可能停在景点 M

我们知道,聪聪是很聪明的,所以,当她在景点 C C C 时,她会选一个更靠近 可可的景点,如果这样的景点有多个,她会选一个标号最小的景点。由于聪聪太 想吃掉可可了,如果走完第一步以后仍然没吃到可可,她还可以在本段时间内再 向可可走近一步。

在每个时间单位,假设聪聪先走,可可后走。在某一时刻,若聪聪和可可位 于同一个景点,则可怜的可可就被吃掉了。

灰姑娘想知道,平均情况下,聪聪几步就可能吃到可可。而你需要帮助灰姑娘尽快的找到答案。

输入输出格式

输入格式:

数据的第 1 1 1 行为两个整数 N N N E E E,以空格分隔,分别表示森林中的景点数和连接相邻景点的路的条数。

2 2 2 行包含两个整数 C C C M M M,以空格分隔,分别表示初始时聪聪和可可所在的景点的编号。

接下来 E E E 行,每行两个整数,第 i + 2 i+2 i+2 行的两个整数 A i A_i Ai B i B_i Bi表示景点 A i A_i Ai和景点 B i B_i Bi 之间有一条路。 所有的路都是无向的,即:如果能从 A A A 走到 B B B,就可以从 B B B 走到 A A A

输入保证任何两个景点之间不会有多于一条路直接相连,且聪聪和可可之间必有路直接或间接的相连。

输出格式:

输出 1 个实数,四舍五入保留三位小数,表示平均多少个时间单位后聪聪会把可可吃掉。

输入输出样例

输入样例#1:
4 3 
1 4 
1 2 
2 3 
3 4
输出样例#1:
1.500 
输入样例#2:
9 9 
9 3 
1 2 
2 3 
3 4 
4 5 
3 6 
4 6 
4 7 
7 8 
8 9
输出样例#2:
2.167

说明

【样例说明 1】

开始时,聪聪和可可分别在景点 1 1 1 和景点 4 4 4

第一个时刻,聪聪先走,她向更靠近可可(景点 4 4 4)的景点走动,走到景点 2 2 2, 然后走到景点 3 3 3;假定忽略走路所花时间。

可可后走,有两种可能: 第一种是走到景点 3 3 3,这样聪聪和可可到达同一个景点,可可被吃掉,步数为 1 1 1,概率为 0.5 0.5 0.5

第二种是停在景点 4 4 4,不被吃掉。概率为 0.5 0.5 0.5

到第二个时刻,聪聪向更靠近可可(景点 4 4 4)的景点走动,只需要走一步即和 可可在同一景点。因此这种情况下聪聪会在两步吃掉可可。 所以平均的步数是 1 × 1 / 2 + 2 × 1 / 2 = 1.5 1\times 1/2 + 2\times 1/2 =1.5 1×1/2+2×1/2=1.5 步。

对于 50%的数据, 1 ≤ N ≤ 50 1≤N≤50 1N50
对于所有的数据, 1 ≤ N , E ≤ 1000 1≤N,E≤1000 1N,E1000

解题分析

我们可以预处理出每对点移动的方向, 再一遍记忆化 D F S DFS DFS即可。 具体见代码:

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
#include <cctype>
#include <algorithm>
#include <queue>
#define R register
#define IN inline
#define W while
#define gc getchar()
#define MX 1050
#define db double
template <class T>
IN void in(T &x)
{
	x = 0; R char c = gc;
	for (; !isdigit(c); c = gc);
	for (;  isdigit(c); c = gc)
	x = (x << 1) + (x << 3) + c - 48;
}
int head[MX], dis[MX][MX], to[MX][MX], deg[MX];
db dp[MX][MX];
bool vis[MX];
std::queue <int> q;
int dot, line, cnt, fr, tar;
struct Edge {int to, nex;} edge[MX << 1];
IN void add(R int from, R int to) {edge[++cnt] = {to, head[from]}, head[from] = cnt;}
db DP(R int x, R int y)
{
	if(dp[x][y] >= 0) return dp[x][y];//已经搜过了
	if(x == y) return dp[x][y] = 0;//抓到了
	if(to[x][y] == y) return dp[x][y] = 1;//下一步
	if(to[to[x][y]][y] == y) return dp[x][y] = 1;//下两步
	dp[x][y] = 0;
	for (R int i = head[y]; i; i = edge[i].nex)
	dp[x][y] += DP(to[to[x][y]][y], edge[i].to);
	dp[x][y] = (dp[x][y] + DP(to[to[x][y]][y], y)) / (deg[y] + 1) + 1;//记得加上当前的这一步
	return dp[x][y];
}
int main(void)
{
	int a, b;
	in(dot), in(line); in(fr), in(tar);
	for (R int i = 1; i <= line; ++i)
	in(a), in(b), add(a, b), add(b, a), ++deg[a], ++deg[b];
	std::memset(dis, 63, sizeof(dis)), std::memset(to, 63, sizeof(to));
	for (R int i = 1; i <= dot; ++i) for (R int j = 1; j <= dot; ++j) dp[i][j] = -1;
	for (R int i = 1; i <= dot; ++i)//每个点BFS搜出距离
	{
		R int now;
		std::memset(vis, false, sizeof(vis));
		dis[i][i] = 0; q.push(i); vis[i] = true;
		W (!q.empty())
		{
			now = q.front(); q.pop();
			for (R int j = head[now]; j; j = edge[j].nex)
			if(!vis[edge[j].to]) dis[i][edge[j].to] = dis[i][now] + 1, q.push(edge[j].to), vis[edge[j].to] = true;
		}
	}
	for (R int i = 1; i <= dot; ++i)
	{
		for (R int j = head[i]; j; j = edge[j].nex)//这个地方不能和下面枚举反了, 否则是O(N^3)的
		{
			for (R int k = 1; k <= dot; ++k)
			if(dis[edge[j].to][k] + 1 == dis[i][k]) to[i][k] = std::min(to[i][k], edge[j].to);
		}
	}
	printf("%.3lf", DP(fr, tar));
}

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