CCF NOI1067. 最匹配的矩阵 (C++)

本文详细解析了如何寻找两个矩阵中最匹配的子矩阵问题,通过给出的C++代码实现,阐述了算法步骤,包括矩阵差值计算、结果比较及最优子矩阵输出。适用于算法竞赛与数据处理场景。

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1067. 最匹配的矩阵

题目描述

给定一个m*n的矩阵A和r*s的矩阵B,其中0<r<=m,0<s<=n,A、B所有元素值都是小于100的正整数。求A中一个大小为r*s的子矩阵C,使得B和C的对应元素差值的绝对值之和最小,这时称C为最匹配的矩阵。如果有多个子矩阵同时满足条件,选择子矩阵左上角元素行号小者,行号相同时,选择列号小者。

输入

第一行是m和n,以一个空格分开。

之后m行每行有n个整数,表示A矩阵中的各行,数与数之间以一个空格分开。

第m+2行为r和s,以一个空格分开。

之后r行每行有s个整数,表示B矩阵中的各行,数与数之间以一个空格分开。

输出

输出矩阵C,一共r行,每行s个整数,整数之间以一个空格分开。

样例输入

3 3
3 4 5
5 3 4
8 2 4
2 2
7 3
4 9

样例输出

4 5
3 4

数据范围限制

1<=m<=100,1<=n<=100

C++代码

#include <iostream>
#include <cassert>  // assert()
#include <cmath>    // abs()

using namespace std;

const int max_rows  = 100;  // maximum rows
const int max_cols  = 100;  // maximum columns
    
class Result 
{
public:
    int m_sum; // sum of the absolute values of the elements differences
    int m_row; // row of Matrix A
    int m_col; // column of Matrix B
    
    Result() { m_sum = 0; m_row = 0; m_col = 0; };
    Result(int sum, int row, int col): m_sum(sum),m_row(row),m_col(col) {}; 

    bool operator < (Result &result)
    {
        if (m_sum == result.m_sum)
        {
            if (m_row == result.m_row)
            {
                return m_col < result.m_col;
            }
            else
            {
                return m_row < result.m_row;
            }
        }
        else
        {
            return m_sum < result.m_sum;
        }
    }

};

class Matrix
{
public: 
    int m_rows; // number of rows
    int m_cols; // number of columns
    int m_elems[max_rows+1][max_cols+1]; // row, col starts from 1

    Matrix(int rows, int cols): m_rows(rows), m_cols(cols) {};
};

class NOI1067
{
public:
    Result getMinSumOfAbsValues(Matrix& bigMatrix, Matrix& smallMatrix);
    void printSmallMatrix(Result& result, Matrix& bigMatrix, Matrix& smallMatrix);

private:
    const static int max_value = 100;  // maximum value of Matrix element 
    Result calcSumOfAbsValues(int row,int col,Matrix& bigMatrix,Matrix& smallMatrix);
};

Result NOI1067::calcSumOfAbsValues(int row, int col, Matrix& bigMatrix, Matrix& smallMatrix)
{
    Result result(0, row, col);

    for(int i=1; i<=smallMatrix.m_rows; i++)
    {
        for(int j=1; j<=smallMatrix.m_cols;j++)
        {
            result.m_sum += abs(bigMatrix.m_elems[row+i-1][col+j-1] - \
                                smallMatrix.m_elems[i][j]);
        }
    }

    return result;
}

Result NOI1067::getMinSumOfAbsValues(Matrix& bigMatrix, Matrix& smallMatrix)
{
    Result result;
    Result minResult(max_value*smallMatrix.m_rows*smallMatrix.m_cols, 0, 0);

    for(int row=1; row+smallMatrix.m_rows<=bigMatrix.m_rows+1; row++)
    {
        for (int col=1; col+smallMatrix.m_cols<=bigMatrix.m_cols+1; col++)
        {
            result = calcSumOfAbsValues(row, col, bigMatrix, smallMatrix);
    
            if (result < minResult)
            {
                minResult = result;
            }
        }
    }

    return minResult;
}

void NOI1067::printSmallMatrix(Result& result, Matrix& bigMatrix, Matrix& smallMatrix)
{
    for(int i=1; i<=smallMatrix.m_rows; i++)
    {
        for(int j=1; j<=smallMatrix.m_cols; j++)
        {
            cout << bigMatrix.m_elems[result.m_row+i-1][result.m_col+j-1] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
}
    
int main()
{
    int m, n;

    cin >> m >> n;

    assert(m>=1 && m<=max_rows);
    assert(n>=1 && n<=max_cols);

    Matrix matrixA(m, n);

    for(int row=1; row<=m; row++)
    {
        for(int col=1; col<=n; col++)
        {
            cin >> matrixA.m_elems[row][col];
        }
    }

    int r, s;

    cin >> r >> s;

    Matrix matrixB(r, s);

    for(int row=1; row<=r; row++)
    {
        for(int col=1; col<=s; col++)
        {
            cin >> matrixB.m_elems[row][col];
        }
    }

    NOI1067 noi1067;

    Result minResult = noi1067.getMinSumOfAbsValues(matrixA, matrixB);

    noi1067.printSmallMatrix(minResult, matrixA, matrixB);

    return 0;
}
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