[loj2977]巧克力

先考虑第一个问题，即求最小的巧克力块数

将这张网格图建图（仅对$c_{i,j}\ne -1$的位置建点），即求点数最少的连通块（的点数）使得存在$k$个不同的$c_{i,j}$

（以下$c$仅用一维数组表示，$c_{i}$即表示编号为$i$的点的原来的$c_{i,j}$）

令$f_{i,S}$表示包含$i$且集合$S$中的$c_{i}$都在连通块中出现（仅要求出现，不要求其余点不出现）的点数最少的连通块（的点数），显然只需要求出这个dp数组即可，下面考虑如何求：

初始令$f_{i,0}=f_{i,\{c_{i}\}}=1$且$f_{i,j}=\infty$（其中$j>0$），之后不断利用以下几个递推式进行转移——
$$
S'\ne \empty且S'\subset S,f_{i,S}=\min(f_{i,S},f_{i,S'}+f_{i,S\setminus S'}-1)\\(i,j)\in E,f_{i,S}=\min(f_{i,S},f_{j,S}+1)
$$
换言之，只需要不断将其以此法进行修改直至无法修改即得到了正确的$f_{i,j}$，此做法正确性显然

虽然整体没转移有后效性，但第一个转移在$S$这一维上一定是从$S_{sub}$转移到$S$（其中$S_{sub}\subset S$），换言之若从小到大枚举$S$那么就可以从小到大枚举$S$，并求出对应的$f_{i,S}$（最终的值），那么一定是从前面转移

再用枚举子集的技巧优化，可以做到总计$o(n3^{C})$的复杂度（其中$C=\max c_{i}$）

更进一步的，第3个转移是一个最短路的形式（直接从dijkstra的角度来说，即对于最小的$f_{i,S}$具有后效性），当求完后再求一次类似最短路的过程即可

这里转移的复杂度是$o(n\log n\ 2^{C})$，在$C$较小时可以通过

（上面所述的也就是所谓的“斯坦纳树”，反正就是一个此类状压dp的计算方式）

当$C$较大时，上面的做法显然不行，但如果将这些$c_{i}$随机映射到$[1,k]$上（即令$C=k$），得到的解显然也是合法的（但并不一定最小）

考虑点数最小的答案是其中的某$k$个，那么只需要这$k$个中任意两个不映射到同一个位置上即可，这样的概率即为$\frac{k!}{k^{k}}$，若取$k=5$大约为0.0384

以此法做大约200次，求最小值即可得到一个较为准确的答案

另外还有需要最小化中位数，可以二分中位数$mid$，并将所有数分为0和1（小于等于$mid$或大于$mid$），在上面的状态基础上再定义一个$g_{i,S}$表示在$f_{i,S}$最小的基础上最少的1的个数即可

总复杂度为$o(TC\log A(n\log n\ 2^{k}+n3^{k}))$（其中$C=200$即操作次数，$A=\max a_{i,j}$），略卡常数

（另外测评时注意跳过样例，否则会Judgment Failed）

  1 #include<bits/stdc++.h>
  2 using namespace std;
  3 #define N 250
  4 #define oo 0x3f3f3f3f
  5 #define pii pair<int,int>
  6 #define mp make_pair
  7 #define fi first
  8 #define se second
  9 struct Edge{
 10     int nex,to;
 11 }edge[N<<2];
 12 priority_queue<pair<pii,int> >q;
 13 int V,E,t,n,m,k,id[N][N],c[N][N],val[N],vis[N],head[N],a[N];
 14 pii ans,b[N],f[N][32];
 15 pii add(pii x,pii y){
 16     return mp(x.fi+y.fi,x.se+y.se);
 17 }
 18 pii neg(pii x){
 19     return mp(-x.fi,-x.se);
 20 }
 21 void add(int x,int y){
 22     edge[E].nex=head[x];
 23     edge[E].to=y;
 24     head[x]=E++;
 25 }
 26 void dijkstra(int S){
 27     memset(vis,0,sizeof(vis));
 28     for(int i=1;i<=V;i++)q.push(mp(neg(f[i][S]),i));
 29     while (!q.empty()){
 30         int k=q.top().second;
 31         q.pop();
 32         if (vis[k])continue;
 33         vis[k]=1;
 34         for(int i=head[k];i!=-1;i=edge[i].nex)
 35             if (f[edge[i].to][S]>add(f[k][S],b[edge[i].to])){
 36                 f[edge[i].to][S]=add(f[k][S],b[edge[i].to]);
 37                 q.push(mp(neg(f[edge[i].to][S]),edge[i].to));
 38             }
 39     }
 40 }
 41 pii calc(int mid){
 42     for(int i=1;i<=V;i++)
 43         if (val[i]<=mid)b[i]=mp(1,0);
 44         else b[i]=mp(1,1);
 45     for(int i=1;i<=V;i++){
 46         for(int j=1;j<(1<<k);j++)f[i][j]=mp(oo,0);
 47         f[i][0]=f[i][(1<<a[i])]=b[i];
 48     }
 49     for(int i=1;i<(1<<k);i++){
 50         for(int j=1;j<=V;j++)
 51             for(int s=(i&(i-1));s;s=(i&(s-1)))f[j][i]=min(f[j][i],add(add(f[j][s],f[j][i^s]),neg(b[j])));
 52         dijkstra(i);
 53     }
 54     pii ans=mp(oo,0);
 55     for(int i=1;i<=V;i++)ans=min(ans,f[i][(1<<k)-1]);
 56     return ans;
 57 }
 58 pii calc(){
 59     int l=0,r=1e6,ans=calc(0).fi;
 60     while (l<r){
 61         int mid=(l+r>>1);
 62         if (calc(mid).se<=ans/2)r=mid;
 63         else l=mid+1;
 64     }
 65     return mp(ans,l);
 66 }
 67 int main(){
 68     srand(time(0));
 69     scanf("%d",&t);
 70     while (t--){
 71         scanf("%d%d%d",&n,&m,&k);
 72         for(int i=1;i<=n;i++)
 73             for(int j=1;j<=m;j++)scanf("%d",&c[i][j]);
 74         V=E=0;
 75         memset(head,-1,sizeof(head));
 76         memset(id,0,sizeof(id));
 77         for(int i=1;i<=n;i++)
 78             for(int j=1;j<=m;j++){
 79                 if (c[i][j]>0){
 80                     id[i][j]=++V;
 81                     scanf("%d",&val[V]);
 82                     if ((i>1)&&(id[i-1][j])){
 83                         add(id[i-1][j],id[i][j]);
 84                         add(id[i][j],id[i-1][j]);
 85                     }
 86                     if ((j>1)&&(id[i][j-1])){
 87                         add(id[i][j-1],id[i][j]);
 88                         add(id[i][j],id[i][j-1]);
 89                     }
 90                 }
 91                 else scanf("%*d");
 92             }
 93         ans=mp(oo,0);
 94         for(int times=0;times<200;times++){
 95             memset(vis,-1,sizeof(vis));
 96             for(int i=1;i<=n;i++)
 97                 for(int j=1;j<=m;j++)
 98                     if (c[i][j]>0){
 99                         if (vis[c[i][j]]<0)vis[c[i][j]]=rand()%k;
100                         a[id[i][j]]=vis[c[i][j]];
101                     }
102             ans=min(ans,calc());
103         }
104         if (ans.fi==oo)printf("-1 -1\n");
105         else printf("%d %d\n",ans.fi,ans.se);
106     }
107 }