洛谷 P1853【投资的最大效益】

本文探讨了利用动态规划解决债券投资问题的方法,通过四种不同的代码实现,逐步优化算法,降低时间与空间复杂度,实现了从4099ms到35ms的性能提升。

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原题链接

思路:

  • 不难看出是完全背包类问题,只是要明确一点,“花钱”买债券所花的钱并没有真正的花出去,关键就在于随时都可以卖出任何所持有的债券。那么,实际上我们可以认为每一年都先把所有持有的债券变卖套现,然后拿着全部的现金重新购买债券(重新打背包),寻找能够获得的最多的金钱。
  • 明白了这一点,就可以写出最简单的一版答案。dp【】记录 j 金钱能够获得的最多的本金+利润。注意答案是最后能到达的最大背包容量。

代码+讲解:

一:

  • 状态转移方程:
while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W;j++){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + w[i] + v[i]);
            }
        }
        W = dp[W];
}
  • 完整代码1(无优化,记录本金加利息:4099ms,39956KB)
//4099ms, 39956KB 


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

using namespace std;

const int maxn = 15;
const int maxw = 10000005;

int w[maxn],v[maxn];
int dp[maxw];

int main(){
    int W,m,n;
    cin>>W>>m>>n;//m years
    for(int i=1;i<=maxw;i++)
        dp[i] = i;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        cin>>w[i]>>v[i];
    while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W;j++){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + w[i] + v[i]);
            }
        }
        W = dp[W];
    }
    cout<<W<<endl;
    return 0;
}
  • 核心:

    因为 dp[j] 表示花 j 金钱能够获得的本金+最大利润,所以初始化条件有些特殊。
for(int i=1;i<=maxw;i++)
        dp[i] = i;

二:

  • 状态转移方程:
    在这版代码中,由于 dp[j] 仅代表所获利润,因此每次更新的 W 也只做循环边界使用。
while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W;j++){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
            }
        }
        W += dp[W];
}
  • 完整代码2(只记录利息,略微简化计算:3508ms,39864KB)
//3508ms, 39864KB 


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

using namespace std;

const int maxn = 15;
const int maxw = 10000005;

int w[maxn],v[maxn];
int dp[maxw];

int main(){
    int W,m,n;
    cin>>W>>m>>n;//m years
    memset(dp,0,sizeof(dp));
    for(int i=1;i<=n;i++)
        cin>>w[i]>>v[i];
    while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W;j++){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
            }
        }
        W += dp[W];
    }
    cout<<W<<endl;
    return 0;
}

三:

  • 状态转移方程:
    因为债券售价千元起步,所以当我们拥有 j 金钱时,实际能够起作用的只有 j/1000*1000 这么多。故使用 dp[j] 记录当我们拥有的金钱在 [ j,j+1000 ) 区间时,能够获得的最大利润。其实质就是减少了打表时多达几千次的冗余操作。
while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W/1000*1000;j+=1000){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
            }
        }
        W += dp[W/1000*1000];
}
  • 完整代码3(减少打表次数:268ms,39944KB)
//268ms, 39944KB 


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

using namespace std;

const int maxn = 15;
const int maxw = 10000005;

int w[maxn],v[maxn];
int dp[maxw];

int main(){
    int W,m,n;
    cin>>W>>m>>n;//m years
    memset(dp,0,sizeof(dp));
    for(int i=1;i<=n;i++)
        cin>>w[i]>>v[i];
    while(m--){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            for(int j=w[i];j<=W/1000*1000;j+=1000){
                dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
            }
        }
        W += dp[W/1000*1000];
    }
    cout<<W<<endl;
    return 0;
}

四:

  • 状态转移方程:
    既然我们知道只需要打整千钱数的背包,何不删去无用空间的背包,减少空间复杂度。我们可以使用 dp[j] 表示钱数仅大于 j*1000 时所能获得的最大利润。
while(m--){
	for(int i=1;i<=n;i++){
		for(int j=w[i];j<=W/1000;j++){
			//int t = j + dp[j]/1000;
			dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
		}
	}
	W += dp[W/1000];
}
  • 注意代码中的注释行,这里我陷入了动态规划问题初学者常触的误区,是对动态规划算法的时间性还不够敏感所致。这里写出为什么算法中没有 t 的参与。首先, dp[j] 代表在前一年结束后,j 本金(前一年的本金)所能获得的最大利润。其次,在完全背包的循环条件下,dp[ j - w[i] ] 代表今年结束后,使用 j 本金(今年的本金)所能获得的最大利润。若将 dp[ j - w[i] ] 改成 dp[ t - w[i] ],显然是不对的,因为 t 实际上是默认完全执行上一年的方案,这不符合动态规划思想。
  • 完整代码4(时空复杂度均得到优化:35ms,1052KB)
//35ms, 1052KB 


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

using namespace std;

const int maxn = 15;
const int maxw = 10005;

int w[maxn],v[maxn];
int dp[maxw];

int main(){
	int W,m,n;
	cin>>W>>m>>n;//m years
	memset(dp,0,sizeof(dp));
	for(int i=1;i<=n;i++){
		cin>>w[i]>>v[i];
		w[i]/=1000;
	}
	while(m--){
		for(int i=1;i<=n;i++){
			for(int j=w[i];j<=W/1000;j++){
				//int t = j + dp[j]/1000;
				dp[j] = max(dp[j] , dp[j-w[i]] + v[i]);
			}
		}
		W += dp[W/1000];
	}
	cout<<W<<endl;
	return 0;
}
<think>嗯,用户问的是洛谷P1122最大子树和的解题思路,涉及到数据结构、树形DP和算法实现。首先,我需要回忆一下这个题目的具体要求。题目要求通过修剪得到最大的美丽指数和,也就是在树中选择一个连通的子树,使得节点值的和最大。这应该是一个典型的树形DP问题。 根据引用[1],树形DP通常是在树上做动态规划,递归处理子树的信息。所以基本步骤应该是把树转为有根树,然后DFS遍历,从叶子节点向上汇总信息。这里的关键是设计DP状态和转移方程。 引用[2]提到这道题需要将花卉结构抽象为树,用树形DP和动态规划。具体步骤包括构建树的数据结构,然后DFS计算每个节点的最大子树和。我需要确定DP状态的定义,比如dp[u]表示以u为根的子树中的最大和,包括选择u的情况。 然后考虑转移方程。对于每个节点u,遍历其子节点v,如果v的dp值大于0,就加上,否则不加。这样dp[u] = value[u] + sum(max(dp[v], 0))。这样就能保证每个节点的贡献是正的,否则不选该子树。 数据结构方面,通常用邻接表来存储树的结构。每个节点保存其子节点的列表。在代码实现时,需要注意避免重复访问父节点,所以DFS的时候需要记录父节点。 然后需要考虑初始化,每个节点的初始dp值就是它自身的值。然后递归处理所有子节点,更新dp[u]的值。 另外,题目中的树可能有多个分支,所以最终的答案不一定是根节点的dp值,而是所有节点dp值中的最大值。因此,在遍历过程中需要维护一个全局最大值。 引用[3]中的代码实现部分可能有帮助,比如如何处理DFS和状态转移。例如,在遍历子节点时,计算它们的dp值,然后决定是否加上。 还有,边界条件处理,比如叶子节点,它的子节点处理完后,dp值就是它本身的值加上子节点中正的贡献,但实际上叶子节点没有子节点,所以直接返回自己的值。 测试样例可能需要考虑有正有负的情况,比如某个子树的和为负,这时候应该剪掉,不选择该子树。 总结步骤:1. 构建树的邻接表;2. DFS遍历,计算每个节点的dp值;3. 在过程中记录最大值;4. 输出最大值。 现在需要把这些步骤详细地解释出来,确保用户能理解每个部分的作用。例如,邻接表如何构建,如何避免访问父节点,DP状态转移的逻辑,以及如何维护全局最大值。 可能还需要注意一些细节,比如节点编号是否从1开始,输入的处理方式,以及如何处理较大的数据量,但题目中的具体数据规模可能根据引用[4]中的说明,绝对值不超过2147483647,所以用int应该足够,但代码中可能需要用长整型以防万一。 最后,确保代码示例正确,用Python的话可能需要递归实现DFS,但需要注意Python的递归深度限制,不过题目中的数据范围可能不会太大。或者用户可能希望用其他语言,但根据用户提供的示例,Python代码是可行的。</think>### 洛谷 P1122 最大子树和 解题思路 #### 问题分析 题目要求在一棵树中选择一个**连通子树**,使得该子树所有节点的“美丽指数”之和最大。这本质上是树形动态规划(Tree DP)的典型问题,通过状态转移计算每个子树的最优解。 #### 核心思路 1. **状态定义** 定义 $dp[u]$ 表示以节点 $u$ 为根的子树中,**必须包含 $u$** 的最大美丽指数和。 - 若子节点的 $dp[v] > 0$,则选择该子树(累加收益) - 若 $dp[v] \leq 0$,则舍弃该子树(避免损失) 2. **转移方程** $$dp[u] = \text{value}[u] + \sum_{\text{子节点 }v} \max(dp[v], 0)$$ 3. **全局最大值** 最终的答案并非直接取根节点的 $dp$ 值,而是所有节点的 $dp[u]$ 中的最大值,因为最优解可能存在于某棵子树中。 #### 数据结构与算法实现 1. **树的存储** 使用**邻接表**存储树结构,例如: ```python tree = [[] for _ in range(n+1)] # 节点编号从1开始 for _ in range(n-1): u, v = map(int, input().split()) tree[u].append(v) tree[v].append(u) ``` 2. **DFS递归遍历** - **递归终止条件**:叶子节点(无子节点) - **关键操作**:遍历子节点时跳过父节点,避免回路 ```python def dfs(u, parent): dp[u] = value[u] # 初始化dp[u]为节点自身值 for v in tree[u]: if v == parent: # 避免回溯父节点 continue dfs(v, u) # 递归处理子节点 if dp[v] > 0: # 仅当子节点贡献为正时累加 dp[u] += dp[v] nonlocal max_sum max_sum = max(max_sum, dp[u]) # 更新全局最大值 ``` 3. **初始化与调用** ```python value = [0] + list(map(int, input().split())) # 假设输入为节点1~n的值 dp = [0] * (n+1) max_sum = -float('inf') dfs(1, -1) # 假设根节点为1,父节点标记为-1 print(max_sum) ``` #### 复杂度分析 - **时间复杂度**:$O(n)$,每个节点仅访问一次 - **空间复杂度**:$O(n)$,存储树和DP数组 #### 示例解释 假设输入树结构如下(节点值为 $[1, 2, 3, 4, 5]$): ``` 1 ├─2 └─3 ├─4 └─5 ``` - 节点3的 $dp$ 计算:$3 + \max(4, 0) + \max(5, 0) = 12$ - 全局最大值可能出现在以3为根的子树中[^2][^3]。 ---
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