线段树优化DP学习笔记 & JZOJ 孤独一生题解

在 \(DP\) 的世界里

有一种题需要单调队列优化 \(DP\)

一般在此时，\(f_i\) 和它的决策集合 \(f_j\) 在转移时 \(i\) 不和 \(j\) 粘在一起（即所有的 \(j\) 转移到 \(i\)时 关于\(j\) 的部分全都与 \(i\)无关），

果真如此，我们就可以用单调队列优化，留下可能用到的更有决策

而很多情况下 \(i,j\) 有联系，\(i\) 对于不同的 \(j\) ，转移计入的贡献和 \(i,j\) 都有联系，如

\(f_i = \min_{j=1}^{j<i} f_j+s_{i-1}-s_j+|h_i - h_{j-1}|\)

此时单调队列就无用武之地了

那怎么办

各种奇妙的优化

本文我们来学习线段树优化 \(DP\)，解决上面问题

在例题中感受美

JZOJ孤独一生

题目大意：

将序列 \(H\) 划分为两个可空集合。

对于一个集合 \(S={P1,P2,...P|S|}\)，其中要求 \(P1<P2<...<P|S|\)，它的花费是 \(\sum_{i=1}^{|S|} |H_{P_i}-H_{P_{i-1}}|\)

最小化花费

解法：

还好的 \(dp\)

设 \(f_i\) 表示处理完 \(1--i\) 个元素的最小花费

那么转移考虑当前的 \(i\) 所属集合前一个元素是谁

枚举一个 \(j\)， \(j-1\) 和 \(i\) 同属一个集合

那么转移就是 \(f_i = \min_{j=1}^{j<i} f_j+s_{i-1}-s_j+|h_i - h_{j-1}|\)

其中 \(s_i = s_{i-1} + |h_i - h_{i-1}|\)

一眼望去 \(O(n^2)\)

再望，绝对值太糟糕（单调队列挂了花）

怎办？

去！

用线段树维护

······

不会啊？

如何用线段树

君不见，绝对值从天上来，纠缠 \((i,j)\) 不可休······

插！

分类讨论，绝对值分开，把式子变好看，这样 \(i,j\) 就分开了

\(1\) 若 \(h_i > h_j\) 则 \(f_i = f_j+s_{i-1}-s_j+h_i-h_{j-1}\)

整理得 \(f_i = (s_{i-1}+h_i)+(f_j-s_j-h_{j-1})\)

\(2\) 若 \(h_i > h_j\) 则 \(f_i = f_j+s_{i-1}-s_j-h_i+h_{j-1}\)

整理得 \(f_i = (s_{i-1}-h_i)+(f_j-s_j+h_{j-1})\)

总算把 \((i,j)\) 分开了

此时做商量

如何让 \(1\) 式最小，因为决定于 \(j\)，所以让后面一堆最小

发现可以用线段树维护 \(f_j-s_j-h_{j-1}\) 的最小值

因为判定时和 \(j-1\) 有关，所以维护以 \(h_{j-1}\) 为下标的权值线段树

具体来说就是在 \(h_{j-1}\) 的位置插入值 \(f_j-s_j-h_{j-1}\)

因为顺序枚举，所以算完一个插一个，保证正确性

只需取出线段树中 \(0--h_{i}\) 的最小值即可

\(2\) 式同理（再开一棵权值线段树，因为另一种 \(j\) 的贡献长得不一样）

代码（常数巨大，不得不开O）

#pragma GCC optimize(2)
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
typedef long long LL;

const int N = 500000;
int n , h[N + 5] , id[N + 5];
LL f[N + 5] , s[N + 5];

inline LL Min(LL x , LL y) { return x < y ? x : y; }
inline int Abs(int x) { return x < 0 ? -x : x; }
struct node{ int l , r; }e[N + 5];
struct tree{
	LL tr[(N << 2) + 5];
	inline void full() { memset(tr , 120 , sizeof(tr)); }
	inline void change(int k , int l , int r , int x , LL v)
	{
		tr[k] = Min(tr[k] , v);
		if (l == r) return;
		register int mid = (l + r) >> 1;
		if (x <= mid) change(k << 1 , l , mid , x , v);
		else change(k << 1 | 1 , mid + 1 , r , x , v);
	}
	inline LL query(int k , int l , int r , int x , int y)
	{
		if (l >= x && r <= y) return tr[k];
		register int mid = (l + r) >> 1;
		register LL res = 1e18;
		if (x <= mid) res = Min(res , query(k << 1 , l , mid , x , y));
		if (y > mid) res = Min(res , query(k << 1 | 1  , mid + 1 , r , x , y));
		return res;
	}
}p,q;

inline int read()
{
	register char ch = getchar();
	register LL res = 0;
	while (ch < '0' || ch > '9') ch = getchar();
	while (ch >= '0' && ch <= '9') res = res * 10 + ch - '0' , ch = getchar();
	return (int)res;
}

inline bool cmp(node x , node y) { return x.l < y.l; }

int main()
{
//	freopen("a.in" , "r" , stdin);
	n = read();
	for(register int i = 1; i <= n; i++)
	{
		h[i] = read() , e[i].l = h[i] , e[i].r = i;
		s[i] = s[i - 1] + (LL)Abs(h[i] - h[i - 1]);
	}
	sort(e + 1 , e + n + 1 , cmp);
	for(register int i = 1; i <= n; i++) id[e[i].r] = i;

	q.full() , p.full();
	q.change(1 , 0 , n , 0 , 0);
	p.change(1 , 0 , n , 0 , 0);
	f[0] = 0;

	for(register int i = 1; i <= n; i++)
	{
		LL x = q.query(1 , 0 , n , 0 , id[i]);
		LL y = p.query(1 , 0 , n , id[i] , n);
		f[i] = Min(s[i - 1] + h[i] + x , s[i - 1] - h[i] + y);
		q.change(1 , 0 , n , id[i - 1] , f[i] - s[i] - h[i - 1]);
		p.change(1 , 0 , n , id[i - 1] , f[i] - s[i] + h[i - 1]);
	}
	for(register int i = 1; i <= n; i++) f[n] = Min(f[n] , f[i] + s[n] - s[i]);
	printf("%lld" , f[n]);
}

很多时候，线段树优化 \(DP\) 的具体方法因题而异，不可一概而论

要想更好的掌握，就要多做题