[Acwing.291] 蒙德里安的梦想(状态压缩DP复习+总结)

棋盘式状态压缩DP详解
本文深入探讨了棋盘式状态压缩动态规划(DP)的原理与应用,包括其指数级时间复杂度的特性、如何在一列一列中进行状态转移、遍历合法状态的方法以及如何建立状态间的关系。通过实例代码展示了初始化、状态合法性检查、预处理转移关系及动态规划过程,最终直接输出答案。

个人总结!!(棋盘式状态压缩DP)

0.状态压缩dp的缺点&标志

毫无疑问,指数级时间复杂度——导致棋盘的大小一般为二位数,才能用状态压缩dp求解。

1.求解此类问题

棋盘式状态压缩DP本质上是在一个棋盘内填奇奇怪怪的不同形状的块,(然后求方案数?)

2.思维难度

要能看出这是动态规划的题目,并建立状态表示,思考出状态转移。

一般来说求解该问题可以用以下几点
0.一列一列转移,
1.遍历一遍所有状态,找出所有合法状态(具体题目具体分析)。
2.二维遍历所有状态,建立状态与状态之间的转移关系(具体题目具体分析)。(这种处理方式可以大大降低运行时间!)
3.根据状态表示的实际意义,多处理一列可以直接得到答案。
4.根据状态的实际意义初始化。

3.Ac代码

写给自己看的注释

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
typedef long long ll;
const int N = 12,M = 1<<N;

int n,m;
ll f[N][M];
bool st[M];//是否合法
vector<int> state[M];//用于存放转移关系


void init()
{
    memset(f,0,sizeof f);
    memset(st,true,sizeof st);
}

int main()
{
    while(cin>>n>>m ,n||m)
    {
        init();//初始化
        //遍历求出合法状态
        for(int i=0;i< 1<<n;i++)
        {
            int cnt=0;//记录该段0的个数
            for(int j=0;j<n;j++)
            {
                if(i>>j & 1)//该段落结束——eg.010001
                {
                    if(cnt & 1) {st[i]=false;break;}//如果这一段0的个数是奇数,则不合法
                    cnt=0;//归零
                }
                else
                    cnt++;}
                if(cnt&1)   st[i]=false;//111000——后缀全是0这种情况
        }
        //预处理出转移关系
        for(int i=0;i< 1<<n;i++)
        {state[i].clear();
            for(int j=0;j< 1<<n;j++)
            {
                if((i & j) == 0 && st[i|j])//说明i可以转移至j。i,j可以相互转移
                    state[i].push_back(j);
            }
        }
        f[0][0]=1;//边界情况,符合状态表示的实际含义
        //开始dp
        for(int i=1;i<=m;i++)//一列一列处理,而且要多处理一列
        {
            for(int j=0;j < 1<<n;j++)//遍历所有二进制状态
            {
                for(auto k:state[j])//遍历所有能合法转移至当前j状态的状态
                {
                    f[i][j]+=f[i-1][k];//状态转移方程
                }
            }
        }
        cout<<f[m][0]<<endl;//多处理一列的意义,可以直接输出答案
    }
    return 0;
}

4.总结

之前学过的东西没有系统的整理、思考、刷例题、按知识点刷题单。

<think>好的,我现在要讲解状态压缩动态规划状态压缩DP)和蒙德里安问题。首先,我需要确保自己对这两个概念有足够的理解,然后才能清晰地传达给用户。 状态压缩DP,我记得它是一种动态规划的优化方法,用于处理状态空间较大的问题,尤其是当状态可以用位运算来表示的时候。比如在旅行商问题(TSP)或者棋盘覆盖问题中,状态可能涉及多个位置是否被访问过,这时候用二进制位来压缩状态,可以节省空间和时间。不过,具体的实现细节可能需要再复习一下,比如状态转移方程的设计,以及如何用位运算来高效处理状态。 然后是蒙德里安问题,可能指的是用特定的方块(比如1x2或2x1的砖块)来铺满一个矩形区域的方案数计算。这个问题通常可以用动态规划来解决,而状态压缩DP在这里可能被用来表示每一行的铺设状态,从而进行状态转移。比如经典的铺砖问题中,每一行的状态可以用二进制表示,0表示未覆盖,1表示已覆盖,然后通过状态之间的兼容性来转移。 接下来,我需要整理这两个概念的关系,以及如何用状态压缩DP解决蒙德里安问题。可能需要举一个具体的例子,比如计算一个N×M的棋盘用1×2的砖块铺满的方案数。这时候每一行的状态可以用二进制表示,状态之间的转移需要满足两行之间不会产生冲突,比如上一行的竖放砖块会影响下一行的状态。 需要注意的是,状态压缩DP的关键点在于如何高效地表示状态,并设计合适的状态转移方式。对于蒙德里安问题,可能还需要预处理所有合法的相邻行状态组合,以减少计算量。另外,初始化条件和边界情况也需要处理得当,比如第一行的合法状态可能只有某些特定的模式。 在讲解过程中,可能会遇到的疑问点包括:如何用二进制位表示行的状态,如何处理状态之间的兼容性,状态转移的具体实现步骤,以及如何优化时间复杂度。需要确保这些部分解释清楚,避免让用户感到困惑。 可能需要参考一些经典例题的解法,例如LeetCode上的相关题目或者《算法竞赛入门经典》中的例子,以确保所讲的内容正确无误。同时,要注意用中文表达,避免使用过于专业的术语,保持讲解的通俗易懂。 最后,总结状态压缩DP蒙德里安问题中的应用,强调其如何通过压缩状态来高效解决问题,以及这种方法适用的场景和限制。</think>状态压缩动态规划状态压缩DP)和蒙德里安问题都是算法中经典的组合优化问题,下面分步讲解: --- ### **一、状态压缩DP** **核心思想**:将复杂状态用二进制数压缩表示,通过位运算高效处理状态转移。 **适用场景**: - 状态维度较高(如网格、棋盘) - 每个位置仅有两种状态(如选中/未选中) - 典型问题:旅行商问题、棋盘覆盖、铺砖问题 **关键步骤**: 1. **状态表示**:用二进制数每一位代表一个位置的状态(例如:1表示已覆盖,0表示未覆盖) 2. **状态转移**:通过位运算(如与、或、异或)判断相邻状态是否合法 3. **预处理**:提前计算合法状态集合,减少重复判断 **示例**: 计算3×2网格用1×2砖块铺满的方案数: ```plaintext 合法状态转移(二进制表示): 上一行状态 110 → 当前行需为 001 (竖放砖块的下半部分) ``` --- ### **二、蒙德里安问题** **问题描述**:用1×2或2×1的砖块铺满N×M的矩形区域,求方案总数。 **关键发现**: 当确定所有横放砖块的位置后,竖放砖块的位置唯一确定。因此只需计算横放砖块的合法方案。 **状态压缩DP解法**: 1. **状态定义**: `dp[i][s]` 表示处理到第`i`行,且第`i`行状态为`s`的方案数。 (`s`的二进制每一位表示该列是否被横放砖块的末尾覆盖) 2. **合法性判断**: - 当前行状态`s`不能有连续奇数个0(否则竖放砖块无法填充) - 相邻行状态`prev`与`s`需满足 `(prev & s) == 0`(横放砖块不重叠) 3. **转移方程**: ```python if prev和s兼容: dp[i][s] += dp[i-1][prev] ``` **经典优化**: 预处理所有合法相邻状态组合,时间复杂度从`O(N*2^M*2^M)`降为`O(N*K)`(`K`为合法组合数) --- ### **三、蒙德里安问题示例(2×3网格)** 1. **合法行状态**: - 二进制表示:`000`(全竖放)、`110`(横放前两列) 2. **状态转移**: ```plaintext 第1行状态110 → 第2行状态001 → 总方案数1 ``` 3. **最终结果**:3种方案 --- ### **四、总结** - **状态压缩DP**通过二进制高效处理高维状态,是解决棋盘类问题的利器。 - **蒙德里安问题**的解法体现了“先横后竖”的分解思想,结合状态压缩可将指数复杂度优化为可接受范围。 - 实际代码需注意位运算技巧(如判断连续偶数个0可用`(s | (s<<1)) & 3`循环检测)。
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