poj3176 Cow Bowling

本文探讨了使用递归和动态规划方法解决牛顿摆球路径问题,通过输入矩阵构建三角形路径,计算最高可能得分。采用自顶向下和自底向上两种方法实现路径求解,并通过递归打印路径展示解决方案。

Cow Bowling

Time Limit: 1000MS Memory Limit: 65536K
Total Submissions: 13069 Accepted: 8624
Description

The cows don't use actual bowling balls when they go bowling. They each take a number (in the range 0..99), though, and line up in a standard bowling-pin-like triangle like this: 


Then the other cows traverse the triangle starting from its tip and moving "down" to one of the two diagonally adjacent cows until the "bottom" row is reached. The cow's score is the sum of the numbers of the cows visited along the way. The cow with the highest score wins that frame.

Given a triangle with N (1 <= N <= 350) rows, determine the highest possible sum achievable.
Input

Line 1: A single integer, N

Lines 2..N+1: Line i+1 contains i space-separated integers that represent row i of the triangle.
Output

Line 1: The largest sum achievable using the traversal rules
Sample Input

5
7
3 8
8 1 0
2 7 4 4
4 5 2 6 5
Sample Output

30
Hint

Explanation of the sample: 


The highest score is achievable by traversing the cows as shown above.
Source

USACO 2005 December Bronze

======================================================================================

递归 + 数据记录以减少计算量(Memo-ization, top down)

#include <cstdio>

#define MAXN 360

int InputMat[MAXN][MAXN];	//输入矩阵
int MaxSumAchievable[MAXN][MAXN];
int n;	//输入数据的行数

int myMax(int a, int b)
{
	return (a>b)?a:b;
}

//MaxSumAchievable有可能是0,所以要初始化为负
void init()
{
	for (int i=0; i<MAXN; ++i)
	{
		for (int j=0; j<MAXN; ++j)
		{
			MaxSumAchievable[i][j]=-1;
		}
	}
}

//递归+数据记录
//设f[i][j]为点(i, j)所能有的最大路径和,用一个数组MaxSumAchievable记录已经算出的结果
int f(int i, int j)
{
	if(i==n-1)	
	{
		MaxSumAchievable[i][j]=InputMat[i][j];
		return MaxSumAchievable[i][j];	//最后一行,f值是输入矩阵元素本身,写入记录并返回
	}

	if(MaxSumAchievable[i][j]>=0) return MaxSumAchievable[i][j];	//已经被计算好的记录,返回这个记录

	//若没有记录,用递归函数计算
	MaxSumAchievable[i][j] = InputMat[i][j] + myMax(f(i+1, j), f(i+1, j+1));	//回溯的时候可写入

	return MaxSumAchievable[i][j];
}

int main()
{
	int m=0;

	scanf("%d", &n);
	for (int j=0; j<n; ++j)
	{
		for (int i=0; i<=m; ++i)
		{
			scanf("%d", &InputMat[m][i]);
		}
		++m;
	}

	init();
	printf("%d\n", f(0, 0));

	return 0;
}

======================================================================================

循环,自底向上计算(Tabulation, bottom up)

#include <cstdio>

#define MAXN 360

int a[MAXN][MAXN];	//输入数组

int mymax(int a, int b)
{
	return (a>b)?a:b;
}

int main()
{
	int n;
	scanf("%d", &n);

	for (int i=0; i<n; ++i)
	{
		for (int j=0; j<i+1; ++j)
		{
			scanf("%d", &a[i][j]);
		}
	}

	//bottom-up tabulation
	for (int i=n-2; i>=0; --i)
	{
		for (int j=0; j<i+1; ++j)
		{
			a[i][j] += mymax(a[i+1][j], a[i+1][j+1]);
		}
	}

	printf("%d\n", a[0][0]);

	return 0;
}
======================================================================================

递归打印路径

#include <cstdio>

#define MAXN 360

typedef struct _arr
{
	int info;
	bool isWP;	//means "is way point"
} arr;

arr a[MAXN][MAXN];	//输入数组

int dp[MAXN][MAXN];	//存放答案的数组

//递归打印路径
void PrintRoute(int i, int j, int n)
{
	if(i==n-1)	//递归出口
	{
		printf("%d\n", a[i][j]);
	}
	else
	{
		printf("%d -> ", a[i][j]);
		if(a[i+1][j].isWP) PrintRoute(i+1, j, n);
		else PrintRoute(i+1, j+1, n);
	}
}

int main()
{
	freopen("D:\\in.txt", "r", stdin);
	freopen("D:\\out.txt", "w", stdout);

	int n;
	scanf("%d", &n);

	//读入
	for (int i=0; i<n; ++i)
	{
		for (int j=0; j<i+1; ++j)
		{
			scanf("%d", &(a[i][j].info)); 
			a[i][j].isWP=false;
		}
	}

	//初始化dp数组
	for (int i=0; i<n; ++i)
	{
		dp[n-1][i] = a[n-1][i].info;
	}

	//bottom-up tabulation
	for (int i=n-2; i>=0; --i)
	{
		for (int j=0; j<i+1; ++j)
		{
			if (dp[i+1][j]>dp[i+1][j+1])
			{
				dp[i][j] = a[i][j].info + dp[i+1][j];
				a[i+1][j].isWP=true;
			}
			else
			{
				dp[i][j] = a[i][j].info + dp[i+1][j+1];
				a[i+1][j+1].isWP=true;
			}
		}
	}

	printf("%d\n", dp[0][0]);	//打印结果

	PrintRoute(0, 0, n);	//递归打印路径
	
	return 0;
}

结果:


### 解题思路 POJ 3613 Cow Relays 问题要求计算在给定的图中,从起点到终点恰好经过 $k$ 条边的最短路径。常规的暴力解法,即每次走一步更新最短路径,时间复杂度为 $O(k * n^3)$,效率较低。可利用二进制思想和矩阵快速幂的方法,将时间复杂度优化到 $O(logK * n^3)$ [^2]。 具体思路如下: 1. **图的表示**:使用邻接矩阵来表示图,矩阵中的元素 `mat[i][j]` 表示从节点 `i` 到节点 `j` 的最短距离,初始值设为无穷大 `INF`。 2. **矩阵乘法的定义**:普通矩阵乘法是对应元素相乘再相加,而这里定义的矩阵乘法是对应元素相加再取最小值。即 `C.mat[i][j] = min(C.mat[i][j], A.mat[i][k] + B.mat[k][j])`,表示从节点 `i` 经过节点 `k` 到节点 `j` 的最短距离。 3. **矩阵快速幂**:通过不断地将矩阵自乘,利用二进制的思想,快速计算出经过 $k$ 条边的最短路径矩阵。 4. **节点编号映射**:由于节点编号可能不连续,使用一个数组 `f` 来将原始节点编号映射到连续的编号,方便矩阵操作。 ### 代码实现 以下是实现该算法的 C++ 代码: ```cpp #include <stdio.h> #include <string.h> #include <algorithm> #include <iostream> using namespace std; #define INF ((1<<30)-1) int n; struct matrix { int mat[201][201]; matrix() { for(int i = 0; i < 201; i++) for(int j = 0; j < 201; j++) mat[i][j] = INF; } }; int f[2001]; matrix mul(matrix A, matrix B) { matrix C; int i, j, k; for(i = 1; i <= n; i++) { for(j = 1; j <= n; j++) { for(k = 1; k <= n; k++) { C.mat[i][j] = min(C.mat[i][j], A.mat[i][k] + B.mat[k][j]); } } } return C; } matrix powmul(matrix A, int k) { matrix B; for(int i = 1; i <= n; i++) B.mat[i][i] = 0; while(k) { if(k & 1) B = mul(B, A); A = mul(A, A); k >>= 1; } return B; } int main() { matrix A; int k, t, s, e, a, b, c; scanf("%d%d%d%d", &k, &t, &s, &e); int num = 1; while(t--) { scanf("%d%d%d", &c, &a, &b); if(f[a] == 0) f[a] = num++; if(f[b] == 0) f[b] = num++; A.mat[f[a]][f[b]] = A.mat[f[b]][f[a]] = c; } n = num - 1; A = powmul(A, k); cout << A.mat[f[s]][f[e]] << endl; return 0; } ``` ### 代码解释 1. **结构体 `matrix`**:定义了一个矩阵结构体,用于存储图的邻接矩阵,构造函数将矩阵元素初始化为无穷大。 2. **函数 `mul`**:实现了自定义的矩阵乘法,计算两个矩阵相乘的结果。 3. **函数 `powmul`**:实现了矩阵快速幂,通过不断地将矩阵自乘,快速计算出经过 $k$ 条边的最短路径矩阵。 4. **主函数 `main`**:读取输入数据,将节点编号映射到连续的编号,初始化邻接矩阵,调用 `powmul` 函数计算经过 $k$ 条边的最短路径矩阵,最后输出从起点到终点的最短距离。
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