算法提高课第一章状态压缩dp

本文通过四个示例详细阐述了如何使用位运算与动态规划相结合来解决不同类型的组合问题,包括棋盘式DP、玉米田问题、炮兵阵地布局和愤怒的小鸟游戏模拟。在每个问题中,位运算被用来快速检查位置的合法性,而动态规划则用于计算最优解。这些实例展示了位运算的优先级规则以及如何在编程中避免优先级错误。

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位运算优先级问题

类别运算符结合性
后缀() [] -> . ++ - -
一元+ - ! ~ ++ - - (type)* & sizeof
乘除* / %
加减+ -
移位<< >>
关系< <= > >=
相等== !=
位运算& ^ |
逻辑运算&& ||

注意事项

  • 先加减后移位
  • 先移位后相等
  • 先相等后位运算
  • 先与后或

棋盘式(基于连通性)的dp

小国王

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <vector>
#define int long long 
using namespace std;
const int N = 12, M = 1 << 10, K = 110;
int n, m;
vector<int> state;//合法状态
int cnt[M];//每个状态包含的国王数量
vector<int> head[M];//每个状态能够转移到的状态
int f[N][K][M];
int count(int state)
{
    int res = 0;
    for(int i = 0; i < n; i ++ ) res += state >> i & 1;
    return res;
}
main()
{
    //所有只摆在前i行,已经摆了j个国王,并且第j行的状态为s的所有方案的集合
    //相邻两行不能攻击到,a&b == 0, (a|b) 不能有两个相邻的1 
    cin >> n >> m;
    for(int i = 0 ; i < 1 << n; i ++ )
        if(!(i & i >> 1))
        {
            state.push_back(i);
            cnt[i] = count(i);
        }
    for(int i = 0; i < state.size(); i ++ )
    for(int j = 0; j < state.size(); j ++ )
    {
        int a = state[i], b = state[j];
        if((a & b) == 0 && ((a | b) & (a | b) >> 1) == 0)
            head[i].push_back(j);
    }
    f[0][0][0] = 1;
    for(int i = 1; i <= n + 1; i ++ )
    for(int j = 0; j <= m; j ++ )
    for(int a = 0; a < state.size(); a ++ )
    for(auto b: head[a])
    {
        int c = cnt[state[a]];
        if(j >= c)
            f[i][j][a] += f[i - 1][j - c][b];
    }
    cout << f[n + 1][m][0] << endl;//n+1行啥都不摆的方案数
}

玉米田

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>

using namespace std;
const int N = 14;
const int p = 1e8;
const int M = 1 << 14;
int m, n;
vector<int> state[N];
int dp[N][M];
int main()
{
    cin >> m >> n;
    for(int k = 1; k <= m; k ++)
    {
        int ans = 0;
        for(int j = 1; j <= n; j ++)
        {
            int index;
            cin >> index;
            ans = (ans << 1) + index;
        }
        for(int i = 0; i < 1 << n; i ++ )
        {
            if((i | ans) == ans && (i & i >> 1) == 0)//位运算一定要括号起来,不然优先级乱了
                state[k].push_back(i);
        }
    }
    state[0].push_back(0);
    state[m + 1].push_back(0);
    dp[0][0] = 1;
    for(int i = 1; i <= m + 1; i ++ )
    for(auto a: state[i])
    for(auto b: state[i - 1])
    {
        if((a & b) == 0)//位运算一定要括号起来
            dp[i][a] += dp[i - 1][b];
        dp[i][a] %= p;
    }
    cout << dp[m + 1][0];
}

炮兵阵地

在这里插入图片描述

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <vector>

using namespace std;

const int N = 13, M = 1 << 10;

int n, m;
int g[110];
vector<int> state;
int f[2][M][M];
int cnt[M];
int count(int state)
{
    int res = 0;
    for(int i = 0; i < m; i ++ ) res += state >> i & 1;
    return res;
}
int main()
{
    //1. 山地不能部署炮兵
    //2. 相互之间不能靠近(两层)
    //3. 求最多摆放的数量
    //4. 滚动数组:当成不滚动的,然后第一维&1
    cin >> n >> m;
    for(int i = 1;  i <= n; i ++ )
    for(int j = 0;  j < m; j ++ )
    {
        char c;
        cin >> c;
        if(c == 'H') g[i] += 1 << j;//移位优先级不高
    }
    for(int i = 0; i < 1 << m; i ++ )
        if(!((i & i << 1) || (i & i << 2)))
        {
            state.push_back(i);
            cnt[i] = count(i);
        }   
    for(int i = 1; i <= n + 2; i ++ )
    for(auto a: state)
    for(auto b: state)
    for(auto c: state)
    {
        //c a b
        if((a & b) | (b & c) | (a & c)) continue;
        if(g[i - 1] & a | g[i] & b) continue;
        f[i & 1][a][b] = max(f[i & 1][a][b], f[(i - 1) & 1][c][a] + cnt[b]);
    }
    
    cout << f[n + 2 & 1][0][0] << endl;
}

集合式的dp

愤怒的小鸟

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#define x first
#define y second
using namespace std;
typedef pair<double, double> PDD;

const int N = 18, M = 1 << 18;
const double eps = 1e-8;
int n, m;
PDD q[N];
int path[N][N];
int f[M];
int cmp(double x, double y)//因为精度问题,比较需要用到cmp
{
   if(fabs(x - y) < eps) return 0;
   if(x < y) return -1;
   return 1;
}
int main()
{
    int T;
    cin >> T;
    while (T --)
    {
        cin >> n >> m;
        for(int i = 0; i < n; i ++ ) cin >> q[i].x >> q[i].y;
        
        memset(path, 0, sizeof path);
        
        for(int i = 0; i < n; i ++ )
        {
            path[i][i] = 1 << i; //i到i有一条抛物线能够经过1000000...
            for(int j = 0; j < n; j ++ )
            {
                double x1 = q[i].x, y1 = q[i].y;
                double x2 = q[j].x, y2 = q[j].y;
                if(!cmp(x1, x2)) continue;
                double a = (y1 / x1 - y2 / x2) / (x1 - x2);
                double b = y1 / x1 - a * x1;
           
                if(a >= 0) continue;
                //找到抛物线
                int state = 0;//找到抛物线经过的点
                for(int k = 0; k < n; k ++ )
                {
                    double x = q[k].x, y = q[k].y;
                    if(!cmp(a * x * x + b * x, y)) state += 1 << k;
                }
                path[i][j] = state;//得到path
            }
        }
        memset(f, 0x3f, sizeof f);
        f[0] = 0;
        for(int i = 0; i + 1 < 1 << n; i ++ )//不必更新最后的状态,到达最后状态跳出即可
        {
            int x = 0;
            for(int j = 0; j < n; j ++ )
            if(!(i >> j & 1))
            {
                x = j;
                break;
            }
            for(int j = 0; j < n; j ++ )
                f[i | path[x][j]] = min(f[i | path[x][j]], f[i] + 1);//从状态i跳到状态i|path 
                        
        }
        cout << f[(1 << n) - 1] << endl;//最终会得到经过全部点的抛物线数量
    }
}
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