[Codeforces 1042E] Vasya and Magic Matrix(期望DP)

本文介绍了一种使用期望动态规划(DP)解决特定格子得分问题的方法。通过将格子按权值排序,利用预处理逆元,避免了直接枚举转移,实现了高效的求解。关键在于化简转移方程,利用累积和技巧减少计算复杂度。

传送门
没事干来划个水(喂喂喂,想想你还有多少题没补w(゚Д゚)w

这题是个非常水的期望DP
我们先按格子从小到大排个序
然后用 f [ i ] f[i] f[i]表示 i i i i i i这个格子出发的期望得分

最小的那些格子的f值显然是0啦
大的格子的f值显然是从比它小的转移来的啦

转移方程大概长这个样子,假设比第 i i i个格子小的共有 s s s个, j j j是权值比 i i i小的那些格子
f [ i ] = ∑ ( f [ j ] + ( x [ i ] − x [ j ] ) 2 + ( y [ i ] − y [ j ] ) 2 ) ) s f[i]=\frac{\sum{(f[j]+(x[i]-x[j])^2+(y[i]-y[j])^2))}}{s} f[i]=s(f[j]+(x[i]x[j])2+(y[i]y[j])2))
但是这样好像并!无!卵!用!因为我们还是要枚举 j j j
于是我们可以把上面的式子的分子展开
∑ ( f [ j ] + ( x [ i ] − x [ j ] ) 2 + ( y [ i ] − y [ j ] ) 2 ) ) = ∑ ( f [ j ] + x [ i ] 2 − 2 x [ i ] x [ j ] + x [ j ] 2 + y [ i ] 2 − 2 y [ i ] y [ j ] + y [ j ] 2 ) \sum{(f[j]+(x[i]-x[j])^2+(y[i]-y[j])^2))}=\sum{(f[j]+x[i]^2-2x[i]x[j]+x[j]^2+y[i]^2-2y[i]y[j]+y[j]^2)} (f[j]+(x[i]x[j])2+(y[i]y[j])2))=(f[j]+x[i]22x[i]x[j]+x[j]2+y[i]22y[i]y[j]+y[j]2)
再化简就是(由于式子较长就只写了关于 x x x的部分, y y y同理)
s ⋅ x [ i ] 2 − 2 ⋅ x [ i ] ⋅ ∑ x [ j ] + ∑ x [ j ] 2 s\cdot x[i]^2-2 \cdot x[i] \cdot \sum{x[j]}+\sum{x[j]^2} sx[i]22x[i]x[j]+x[j]2
于是,我们就可以让 s f = ∑ f [ j ] , s x = ∑ x [ j ] , s x 2 = ∑ x [ j ] 2 sf=\sum{f[j]},sx=\sum{x[j]},sx2=\sum{x[j]^2} sf=f[j],sx=x[j],sx2=x[j]2,当然还有 s y sy sy s y 2 sy2 sy2
于是
f [ i ] = s f + s ⋅ x [ i ] 2 − 2 ⋅ x [ i ] ⋅ s x + s x 2 + s ⋅ y [ i ] 2 − 2 ⋅ y [ i ] ⋅ s y + s y 2 s f[i]=\frac{sf+s \cdot x[i]^2-2 \cdot x[i] \cdot sx+sx2+s \cdot y[i]^2-2 \cdot y[i] \cdot sy+sy2}{s} f[i]=ssf+sx[i]22x[i]sx+sx2+sy[i]22y[i]sy+sy2
欸,怎么还有个除 s s s ???
没事没事,这个一开始线性求逆元预处理一波就好啦O(∩_∩)O

还有一个需要注意的细节是,由于每个格子是由严格小于它的格子转移来的,所以要把权值相同的格子的f值全求完了之后再一起更新 s f , s x sf,sx sf,sx这些变量。

#include<bits/stdc++.h>
#define fr(i,x,y) for(int i=x;i<=y;i++)
#define rf(i,x,y) for(int i=y;i>=x;i--)
#define ll long long
using namespace std;
const int N=1001;
const int p=998244353;
int n,m;
struct data{
	int x,y,c;
}a[N*N];
int x,y;
ll inv[N*N];
ll f[N*N];
ll s,sf,sx,sx2,sy,sy2;

void read(int &x){
	char ch=getchar();x=0;
	for(;ch<'0'||ch>'9';ch=getchar());
	for(;ch>='0'&&ch<='9';ch=getchar()) x=(x<<3)+(x<<1)+ch-'0';
}

int cmp(const data &q,const data &w){
	return q.c<w.c;
}

void Add(ll &x,ll y){  //手动取模
	x+=y;
	while(x<0) x+=p;
	while(x>=p) x-=p;
}

inline ll sqr(ll x){
	return x*x;
}

int main(){
	read(n);read(m);
	fr(i,1,n) fr(j,1,m){
		read(x);
		a[(i-1)*m+j]=(data){i,j,x};
	}
	read(x);read(y);
	n*=m;
	sort(a+1,a+1+n,cmp);
	inv[1]=1;
	fr(i,2,n) inv[i]=(-p/i*inv[p%i])%p;  //线性求逆元
	a[n+1].c=-1;
	fr(i,1,n){
		if (s){  //可以转移
			Add(f[i],(s*sqr(a[i].x)%p-2*sx*a[i].x%p+sx2)%p);
			Add(f[i],(s*sqr(a[i].y)%p-2*sy*a[i].y%p+sy2)%p);
			Add(f[i],sf);
			f[i]=f[i]*inv[s]%p;
		} else f[i]=0;   //已经是最小的格子了
		if (a[i].x==x&&a[i].y==y){   //算出答案就输出
			cout<<(f[i]+p)%p<<endl;
			exit(0);
		}
		if (a[i].c!=a[i+1].c)   //相同权值的格子全部处理完了就更新
		 for(int j=i;j;j--){
		 	if (a[j].c!=a[i].c) break;
		 	Add(sf,f[j]);
		 	Add(sx,a[j].x);
		 	Add(sx2,sqr(a[j].x));
		 	Add(sy,a[j].y);
		 	Add(sy2,sqr(a[j].y));
		 	s++;
		 }
	}
	return 0;
}
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