【BZOJ2149】拆迁队（斜率优化DP+CDQ分治）

题目：

一个斜率优化+CDQ好题

BZOJ2149

分析：

先吐槽一下题意：保留房子反而要给赔偿金是什么鬼哦……

第一问是一个经典问题。直接求原序列的最长上升子序列是错误的。比如\(\{1,2,2,3\}\)，选择\(\{1,2,3\}\)不改变后会发现无论如何修改都无法变成一个严格上升序列。只能选择\(\{1,2\}\)，把原序列改成\(\{1,2,3,4\}\)。

考虑对于两个数\(a_i\)和\(a_j(j<i)\)，\(a_i\)能接在\(a_j\)后面的充要条件是\(a_i-a_j\geq i-j\)（这样中间才能塞下\(i-j-1\)个数形成上升序列）。移项得到\(a_i-i\geq a_j-j\)，所以应该把每个数减去它的编号作为权值然后求最长非降子序列。由于要求美观度为正整数，所以若\(a_i-i<0\)，则\(i\)不能作为序列的开端。下面的代码展示了\(O(nlog_2n)\)求法（其中\(c[i]=a[i]-i\)，\(f[i]\)表示以\(i\)结尾的最长非降子序列的长度）。

int solve()
{
	int ans = 0;
	memset(tmp, INF, sizeof(int[n + 1]));
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		if (c[i] < 0)
			f[i] = 0;
		else
		{
			int pos = upper_bound(tmp + 1, tmp + ans + 1, c[i]) - tmp;
			tmp[pos] = c[i];
			ans = max(ans, pos);
			f[i] = pos;
		}
		v[f[i]].push_back(i);
	}
	return ans;
}

然后来看第二问。设\(dp[i]\)为将前\(i\)个数变成单调上升序列的最小总花费。则\(dp[i]\)可以由\(dp[j]\)转移而来的必要条件是\(i>j\)，\(a[i]-i>a[j]-j\)且\(f[i]=f[j]+1\)（若\(f[i]>f[j]+1\)，则不满足“保留最多的旧房子”；若\(f[i]<f[j]+1\)，说明你\(f[i]\)算错了）。

转移时，最优解显然是把\(a[k](j<k<i)\)变成一个以\(a[j]+1\)为首项，公差为\(1\)的等差数列。由于\(a[i]-i>a[j]-j\)，所以改完以后一定有\(a[i-1]<a[i]\)

\[dp[i]=min\{dp[j]+\frac{[a[j]+1+a[j]+(i-j-1)]\times(i-j-1)}{2}+a[i]+b[i]\}
\]

整理一下，得到：

\[dp[i]=min\{dp[j]+a[j]\times(i-j-1)+\frac{i(i-1)}{2}+\frac{j(j+1)}{2}+-ij+a[i]+b[i]\}
\]

可以根据\(f[i]\)分层，一起处理所有\(f[j]=k-1\)的\(j\)对\(f[i]=k\)的\(i\)的贡献。下面考虑每一层的情况。

未完待续……

代码：

方便起见，在序列首加一个\(0\)（\(a[0]=f[0]=0\)）。这样可以保证改造后美观度为正（因为\(f[i]=1\)的\(dp[i]\)必然从\(dp[0]\)转移而来）；在序列尾加一个无穷大作为\(a[n+1]\)，\(dp[n+1]-a[n+1]\)即为答案。

#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <cstring>
#include <vector>
using namespace std;

namespace zyt
{
	template<typename T>
	inline void read(T &x)
	{
		char c;
		bool f = false;
		x = 0;
		do
			c = getchar();
		while (c != '-' && !isdigit(c));
		if (c == '-')
			f = true, c = getchar();
		do
			x = x * 10 + c - '0', c = getchar();
		while (isdigit(c));
		if (f)
			x = -x;
	}
	template<typename T>
	inline void write(T x)
	{
		static char buf[20];
		char *pos = buf;
		if (x < 0)
			putchar('-'), x = -x;
		do
			*pos++ = x % 10 + '0';
		while (x /= 10);
		while (pos > buf)
			putchar(*--pos);
	}
	typedef long long ll;
	typedef long double ld;
	const int N = 1e5 + 10, INF = 0x3f3f3f3f;
	const ll LINF = 0x3f3f3f3f3f3f3f3fLL;
	int n, a[N], b[N], c[N], f[N], tmp[N];
	ll dp[N];
	vector<int> v[N];
	int solve()
	{
		int ans = 0;
		memset(tmp, INF, sizeof(int[n + 1]));
		for (int i = 1; i <= n; i++)
		{
			if (c[i] < 0)
				f[i] = 0;
			else
			{
				int pos = upper_bound(tmp + 1, tmp + ans + 1, c[i]) - tmp;
				tmp[pos] = c[i];
				ans = max(ans, pos);
				f[i] = pos;
			}
			v[f[i]].push_back(i);
		}
		v[0].push_back(0);
		return ans;
	}
	inline ll x(const int i)
	{
		return i - a[i];
	}
	inline ll y(const int i)
	{
		return dp[i] - (ll)(i + 1) * a[i] + (ll)i * (i + 1) / 2;
	}
	inline ld ratio(const int i, const int j)
	{
		if (x(i) == x(j))
			return y(i) < y(j) ? -LINF : LINF;
		else
			return (ld)(y(i) - y(j)) / (x(i) - x(j));
	}
	struct node
	{
		int pos;
		bool type;
		bool operator < (const node &b) const
		{
			return pos < b.pos;
		}
	}arr[N];
	const int CHANGE = 0, QUERY = 1;
	void CDQ(const int l, const int r)
	{
		if (l == r)
			return;
		int mid = (l + r) >> 1, i = l, j = mid + 1, k = l;
		static node tmp[N];
		static int st[N];
		CDQ(l, mid), CDQ(mid + 1, r);
		int top = 0;
		while (i <= mid && j <= r)
		{
			if (x(arr[i].pos) >= x(arr[j].pos))
			{
				if (arr[i].type == CHANGE)
				{
					while (top > 1 && ratio(st[top - 2], st[top - 1]) < ratio(st[top - 1], arr[i].pos))
						--top;
					st[top++] = arr[i].pos;
				}
				tmp[k++] = arr[i++];
			}
			else
			{
				if (arr[j].type == QUERY && top)
				{
					int l = 0, r = top - 2, ans = top - 1;
					while (l <= r)
					{
						int mid = (l + r) >> 1;
						if (ratio(st[mid], st[mid + 1]) < arr[j].pos)
							r = mid - 1, ans = mid;
						else
							l = mid + 1;
					}
					dp[arr[j].pos] = min(dp[arr[j].pos],
						dp[st[ans]] +
						(ll)((a[st[ans]] << 1) + arr[j].pos - st[ans]) * (arr[j].pos - st[ans] - 1) / 2
					   		+ a[arr[j].pos] + b[arr[j].pos]);
				}
				tmp[k++] = arr[j++];
			}
		}
		while (i <= mid)
			tmp[k++] = arr[i++];
		while (j <= r)
		{
			if (arr[j].type == QUERY && top)
			{
				int l = 0, r = top - 2, ans = top - 1;
				while (l <= r)
				{
					int mid = (l + r) >> 1;
					if (ratio(st[mid], st[mid + 1]) < arr[j].pos)
						r = mid - 1, ans = mid;
					else
						l = mid + 1;
				}
				dp[arr[j].pos] = min(dp[arr[j].pos],
					dp[st[ans]] +
					(ll)((a[st[ans]] << 1) + arr[j].pos - st[ans]) * (arr[j].pos - st[ans] - 1) / 2
				   		+ a[arr[j].pos] + b[arr[j].pos]);
			}
			tmp[k++] = arr[j++];
		}
		memcpy(arr + l, tmp + l, sizeof(node[r - l + 1]));
	}
	int work()
	{
		read(n);
		for (int i = 1; i <= n; i++)
			read(a[i]), c[i] = a[i] - i;
		for (int i = 1; i <= n; i++)
			read(b[i]);
		a[++n] = INF;
		c[n] = INF;
		int ans = solve();
		write(ans - 1), putchar(' ');
		memset(dp, INF, sizeof(ll[n + 1]));
		dp[0] = 0;
		for (int i = 1; i <= ans; i++)
		{
			int cnt = 0;
			for (int j = 0; j < v[i - 1].size(); j++)
				if (dp[v[i - 1][j]] < LINF)
					arr[++cnt] = (node){v[i - 1][j], CHANGE};
			for (int j = 0; j < v[i].size(); j++)
				arr[++cnt] = (node){v[i][j], QUERY};
			sort(arr + 1, arr + cnt + 1);
			CDQ(1, cnt);
		}
		write(dp[n] - a[n] - b[n]);
		return 0;
	}
}
int main()
{
	return zyt::work();
}