[SCOI2016][JZOJ4640]妖怪

本文介绍了一种利用上凸壳解决特定数学优化问题的方法,针对给定的二元组集合,通过构造上凸壳来寻找使特定表达式取得最小值的参数。文章对比了三分法和上凸壳方法,并详细解释了上凸壳方法的实现过程。

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题目大意

给定n个二元组(xi,yi),求一个能使max{xi+yi+baxi+abyi|i[1,n]}最小的一个二元组(a,b)(a,bR+)。输出最小值。

1n106,xi,yi[1,108]


题目分析

三分?

k=bayi=xi+yi+kxi+1kyi,那么yi显然为单峰且开口朝上的函数。多个单峰函数随k变化取max也是一个单峰函数。
显然可以三分。至于边界,显然答案不会在所有函数最低点中最右那个的右边。我们求导可得函数最低点位于yixi,那么最大的最低点横坐标就是三分上界了。
时间复杂度O(nlog1.510d+4)d取决于你开的精度。
然而本题我们无法平衡时间复杂度与精度误差的关系,三分在这题精度误差很大,如果开小精度值,又会超时。

上凸壳

我们换一种思路。
(x,y)是笛卡尔坐标系中的点,假定我们已经知道ba,设一条斜率为k=ba的直线经过点(x,y),那么该函数与坐标轴交点分别为(0,y+bax)(x+aby,0),显然两者与原点距离相加就是答案。
如果一个点P在点Q的左下角,那么显然P点的答案不可能比Q优。
数形结合
那么可能最优的点一定组成一个上凸壳(准确来说是上凸壳的右半部分)。
我们来看看下面这张图凸壳
这是一个上凸壳
显然如果我们要让第一个点(最右端)作为最大值,那么斜率k的就必须使得经过直线该点的直线在绿色区间内,设第一个点与第二个点确定的直线斜率为k0,那么显然k[,k0]。下一个区间以此类推,最后右边界变为0
如果我们只考虑点(x,y),那么在三分中我们已经求得k最优解为yx。如果该值在斜率区间内,我们就可以更新答案,否则就用边界来更新答案即可。
时间复杂度O(nlog2n)


代码实现

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cfloat>
#include <cstdio>
#include <cctype>
#include <cmath>

using namespace std;

typedef long long LL;
typedef double db;

int read()
{
    int x=0,f=1;
    char ch=getchar();
    while (!isdigit(ch)) f=ch=='-'?-1:f,ch=getchar();
    while (isdigit(ch)) x=x*10+ch-'0',ch=getchar();
    return x*f;
}

const db INF=sqrt(DBL_MAX);
const db EPS=0.00000001;
const int N=1000050;

struct P
{
    int x,y;

    P(int x0=0,int y0=0){x=x0,y=y0;}
};

bool operator<(P a,P b){return a.x<b.x||a.x==b.x&&a.y<b.y;}
P operator-(P a,P b){return P(a.x-b.x,a.y-b.y);}

LL Product(P a,P b){return 1ll*a.x*b.y-1ll*a.y*b.x;}

int ch[N];
P p[N];
db ans;
int n;

db slope(P a,P b){return (b.y-a.y)/(1.0*(b.x-a.x));}

void solve()
{
    db l=-INF,r,k;
    ans=INF;
    for (int i=1;i<=ch[0];i++)
    {
        r=l,l=i!=ch[0]?slope(p[ch[i]],p[ch[i+1]]):-EPS;
        k=-sqrt(p[ch[i]].y/(1.0*p[ch[i]].x));
        if (l<=k&&k<=r) ans=min(ans,p[ch[i]].x+p[ch[i]].y+p[ch[i]].x*(-k)+p[ch[i]].y/(-k));
        else ans=min(ans,p[ch[i]].x+p[ch[i]].y+p[ch[i]].x*(-l)+p[ch[i]].y/(-l)),ans=min(ans,p[ch[i]].x+p[ch[i]].y+p[ch[i]].x*(-r)+p[ch[i]].y/(-r));
    }
}

int main()
{
    freopen("monster.in","r",stdin),freopen("monster.out","w",stdout);
    n=read();
    for (int i=1;i<=n;i++) p[i].x=read(),p[i].y=read();
    sort(p+1,p+1+n);
    for (int i=n;i>=1;i--)
    {
        while (ch[0]>2&&Product(p[i]-p[ch[ch[0]-1]],p[ch[ch[0]]]-p[ch[ch[0]]])>=0) ch[0]--;
        ch[++ch[0]]=i;
    }
    while (ch[0]>1&&p[ch[ch[0]]].y<=p[ch[ch[0]-1]].y) ch[0]--;
    solve();
    printf("%.4lf\n",ans);
    fclose(stdin),fclose(stdout);
    return 0;
}
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