蓝桥杯 合并石子 DP+四边形不等式优化

博客介绍了蓝桥杯比赛中遇到的合并石子问题,通过动态规划(DP)解决,并针对超时情况进行了四边形不等式优化。作者在尝试多种优化手段后,最终通过了所有测试点,同时分享了四边形不等式优化DP的链接,以帮助读者深入理解。

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  算法提高 合并石子  
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问题描述
  在一条直线上有n堆石子,每堆有一定的数量,每次可以将两堆相邻的石子合并,合并后放在两堆的中间位置,合并的费用为两堆石子的总数。求把所有石子合并成一堆的最小花费。
输入格式
  输入第一行包含一个整数n,
### 动态规划解决石子合并问题的优化技术 在处理石子合并问题时,动态规划是一种常用的方法。该算法通过构建一个二维数组 `dp` 来存储中间结果,从而避免重复计算。 对于经典的石子合并问题,假设有一排石头,每块石头有一个正整数权重。目标是以最小的成本将这些石头全部合并成一堆。每次可以选取相邻两堆石头进行合并合并成本等于这两堆石头重量之和。 #### 经典动态规划解法 经典解法的时间复杂度为 O(n^3),其中 n 是石头的数量。为了提高效率,可以通过以下几种方式来优化: 1. **四边形不等式优化** 当满足特定条件时,可以利用四边形不等式的性质减少不必要的状态转移次数。如果函数 w(i,j) 表示从 i 到 j 的代价,并且此函数具有单调性和凸性,则可以在一定程度上加速求解过程[^1]。 2. **斜率优化** 另一种有效的策略是采用斜率优化方法。这种方法适用于某些类型的 DP 方程,在这种情况下,决策点之间的关系可以用线性方程表示出来。通过对这些直线做几何分析,能够快速找到最优解的位置。 以下是基于上述原理的一个 Python 实现例子: ```python def merge_stones(stones): n = len(stones) # 初始化 dp 和 sum 数组 dp = [[0] * n for _ in range(n)] sums = [0] * (n + 1) # 计算前缀和 for i in range(1, n + 1): sums[i] = sums[i - 1] + stones[i - 1] # 填充 dp 表格 for length in range(2, n + 1): # 子序列长度 for start in range(n - length + 1): end = start + length - 1 min_cost = float('inf') for k in range(start, end): cost = dp[start][k] + dp[k + 1][end] + sums[end + 1] - sums[start] if cost < min_cost: min_cost = cost dp[start][end] = min_cost return dp[0][-1] ```
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