石子合並(動態規划DP)


時限:

1000ms 內存限制:10000K  總時限:3000ms

描述:

在一個圓形操場的四周擺放着n堆石子(n<= 100),現要將石子有次序地合並成一堆。規定每次只能選取相鄰的兩堆合並成新的一堆,並將新的一堆的石子數,記為該次合並的得分。

編一程序,讀入石子堆數n及每堆的石子數(<=20)。選擇一種合並石子的方案,使得做n-1次合並,得分的總和最小;

比如有4堆石子:4 4 5 9 則最佳合並方案如下:

4 4 5 9 score: 0
8 5 9 score: 8
13 9 score: 8 + 13 = 21
22 score: 8 + 13 + 22 = 43

輸入:

可能有多組測試數據。 當輸入n=0時結束! 第一行為石子堆數n(1<=n<=100);第二行為n堆的石子每堆的石子數,每兩個數之間用一個空格分隔。

輸出:

合並的最小得分,每個結果一行。

輸入樣例:

4 4 4 5 9
6 3 4 6 5 4 2
0

輸出樣例:

43
61

 

分析最優解的結構:

假設有石頭Ai,Ai+1,……,Ai+j-1共j堆需要合並,簡記為A[i+0,i+j-1].如果設最后一次合並發生在Ak與Ak+1之間(i<=k <=i+j-1),則最后一個合並的得分為

Ai,Ai+1,……,Ai+j-1堆石頭的個數的總和記為totalValue(i,j).(不管你最后一次合並發生在哪個位置,totalValue(i,j)的值都是一樣的)因此總的得分等於

A[i,k]+A[k+1,i+j-1]+totalValue(i,j).

 

動態規划思路:
     階段i:石子的每一次合並過程,先兩兩合並,再三三合並,...最后N堆合並
     狀態s:每一階段中各個不同合並方法的石子合並總得分。
     決策:把當前階段的合並方法細分成前一階段已計算出的方法,選擇其中的最優方案
     具體來說我們應該定義一個數組s[i,j]用來表示合並方法,s[i][j]表示從第i堆開始數j堆進行合並,s[i,j]為合並的最優得分。
    
     對例子(3 4 6 5 4 2)來說:
     第一階段:s[1,1]=0,s[2,1]=0,s[3,1]=0,s[4,1]=0,s[5,1]=0,s[6,1]=0,因為一開始還沒有合並,所以這些值應該全部為0。
     第二階段:兩兩合並過程如下,其中sum(i,j)表示從i開始數j個數的和
               s[1,2]=s[1,1]+s[2,1]+sum(1,2)
               s[2,2]=s[2,1]+s[3,1]+sum(2,2)
               s[3,2]=s[3,1]+s[4,1]+sum(3,2)
               s[4,2]=s[4,1]+s[5,1]+sum(4,2)
               s[5,2]=s[5,1]+s[6,1]+sum(5,2)
               s[6,2]=s[6,1]+s[1,1]+sum(6,2)
     第三階段:三三合並可以拆成兩兩合並,拆分方法有兩種,前兩個為一組或后兩個為一組
          s[1,3]=s[1,2]+s[3,1]+sum(1,3)或s[1,3]=s[1,1]+s[2,2]+sum(1,3),取其最優(最大或最小)
          s[2,3]=s[2,2]+s[4,1]+sum(2,3)或s[1,3]=s[2,1]+s[3,2]+sum(2,3),取其最優                                                                     
     第四階段:四四合並的拆分方法用三種,同理求出三種分法的得分,取其最優即可。以后第五階段、第六階段依次類推,最后在第六階段中找出最優答案即可。

#include<iostream>
using namespace std;
int N;//石子的堆數
int num[100]={0};//每堆石子個數

int sum(int begin,int n)
{
     int total=0;
     for (int i=begin;i<=begin+n-1;i++)
     {   if(i==N)
              total=total+num[N];//取代num[0]
         else
              total=total+num[i%N];
     }
     return total;
}
int stone_merge()
{
       int score[100][100];//score[i][j]:從第i堆石子開始的j堆石子合並后最小得分
       int n,i,k,temp;
       for (i=1;i<=N;i++)       
           score[i][1]=0;//一堆石子,合並得分為0
     
       //num[0]=num[N];//重要:sum()函數中i=N時,取num[0]
       for (n=2;n<=N;n++)//合並的石子的堆數
       {
           for (i=1;i<=N;i++)//合並起始位置
           {
               score[i][n]=score[i][1]+score[(i+1-1)%N+1][n-1];
               for (k=2;k<=n-1;k++)//截斷位置
               {
                  temp=score[i][k]+score[(i+k-1)%N+1][n-k];
                  if(temp <score[i][n]) 
                        score[i][n] = temp;//從第i開始的k堆是:第i+0堆到第(i+k-1)%N堆
               }
               score[i][n]+=sum(i,n);
           }
       }  
       int min=2147483647;   
       for (i=1;i<=N;i++)
       {    if (min>score[i][N])           
                  min=score[i][N];//取從第i堆開始的N堆的最小者
       }
       return min;
}

int main()
{
       int min_count=0;
       cin>>N;//石子的堆數
       while(N!=0)
       {
           for (int i=1;i<=N;i++)
               cin>>num[i];//每堆石子的數量//從1開始,num[0]不用        
           min_count=stone_merge();
           cout<<min_count<<endl;

           for(i=0;i<N;i++)//准備下一輪
               num[i]=0;
           min_count=0;
           cin>>N;
       }
       return 0;
}

 

數據圍成一個環,而實際存儲是線性的,這里簡化環形取數據,得到新的一種解決方法

#include<stdio.h>
int N;//最多100堆石子:N=100
int num[200]={0};

int stone_merge()
{
    int score[200][101]={0};//l[i][j]:從第i堆石子起合並n堆石子的最小得分
    int n,i,k,temp;
    for(i=0;i<2*N;i++)
        score[i][1]=0;//一堆石子合並得分為0
    for(n=2;n<=N;n++)//合並n堆石子
    {
        for(i=0;i<=2*N-n;i++)//從第i對開始合並(有一次重復運算,但省去了循環取數,簡化了程序)
        {
            score[i][n]=score[i][1]+score[i+1][n-1];
            for(k=2;k<n;k++)//划分
            {   temp=score[i][k]+score[k+i][n-k];
                if(temp<score[i][n])
                    score[i][n]=temp;//取(i,n)划分兩部分的得分
            }
            for(k=i;k<i+n;k++)
                score[i][n]+=num[k];//加上此次合並得分
        }
    }
    int min=2147483647;//int(4位)最大值為2147483647
    for(i=0;i<N;i++)
    {
        if(score[i][N]<min)
            min=score[i][N];//從第i堆開始取N堆石子,的最小合並得分
    }
    return min;
}

int main()
{
    int min_count;
    scanf("%d",&N);//N堆石子
    while(N!=0)
    {
        for(int i=0;i<N;i++)
            scanf("%d",&num[i]);//每堆石子的數量
        for(i=N;i<2*N;i++)
            num[i]=num[i-N];//復制一倍,化簡環形計算(N堆石子是圍成一個環的)
        if(N==1)    min_count=0;
        else if(N==2)    min_count=num[0]+num[1];
        else    min_count=stone_merge();
        printf("%d\n",min_count);

        for(i=0;i<200;i++)    num[i]=0;//准備下一輪
        min_count=0;
        scanf("%d",&N);
    }
    return 0;
}

 


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