52.古老的打字机

状态定义:
dp[i]:打印n个字符最小的磨损值

问题分析:

  1. 对于M来说:
    如果没有M,只需要每打一个字启动一次即可。
    如果M超级大,只需启动一次打完所有字即可。
    由此可知,M决定了打印机启动的次数。

  2. 对于Ci来说
    显然:sum[k] = \sum_{i=1}^{k} C_i 是C数组的前缀和。

  3. dp[i]的状态转移公式(从第j+1个字符到第i个字符)为:dp[i] = dp[j]+(sum[i]-sum[j])^2+M其中j是我们要枚举的点,但是这样一来,时间复杂度就是O(n^2)

  4. 斜率优化:
    假设i点是由jk点跳转而来(不妨设k<j)。那么j点优于k的条件是:dp[j]+(sum[i]-sum[j])^2+M < dp[k]+(sum[i]-sum[k])^2+M化简后得到:\frac{dp[j]+sum^2[j]-dp[k]-sum^2[k]}{sum[j] - sum[k]}<2sum[i]再令f[x] = dp[x] + sum^2[x],则上式可以转化为:\frac{f[j]-f[k]}{sum[j]-sum[k]}<2sum[i]由此可见,如果点j和点k的斜率如果小于2sum[i],那么就可以说点j优于点k
    为了更好地观察最终可能的结果集和,我们再来看一种凸情形:

我们能轻易地给出以下三种可能的关系:\frac{f[j]-f[k]}{sum[j]-sum[k]}<\frac{f[k]-f[p]}{sum[k]-sum[p]}<2sum[i]j优于kk优于p,最优点为j
\frac{f[j]-f[k]}{sum[j]-sum[k]}<2sum[i]<\frac{f[k]-f[p]}{sum[k]-sum[p]}j优于kp优于k,最优点为p或者j
2sum[i]<\frac{f[j]-f[k]}{sum[j]-sum[k]}<\frac{f[k]-f[p]}{sum[k]-sum[p]}k优于jp优于k,最优点为p
我们可以发现,最优点要么是j,要么是p,反正不可能是凸出来的k点。由此我们可知最终的点集必须是一幅斜率递增的图像。当新插入的点发现斜率比前一对点的斜率更小,如图:则x5可以被剔除

而我们只需要从x1开始寻找第一个斜率大于2sum[i]的一对点,不妨设为x3x4,从上述式子的意义我们可以知道x4并没有比x3更优,所以从x3点出发到i的磨损是最低的。同时,维护这样的一个结构其实有一个名字叫做:单调队列

完整代码:

#include<iostream>
using namespace std;
#define MAX_N 1000000
#define SQ(a) ((a) * (a))
long long c[MAX_N + 5], sum[MAX_N + 5];
long long f[MAX_N + 5], dp[MAX_N + 5];
int q[MAX_N + 5], head, tail = 0;
int n, M;

void set(int i, int j) {
    dp[i] = dp[j] + SQ(sum[i] - sum[j]) + M;
    f[i] = dp[i] + SQ(sum[i]);
    return ;
}

double slope(int i, int j) {
    return 1.0 * (f[i] - f[j]) / (sum[i] - sum[j]);
}

int main() {
    cin >> n >> M;
    for (int i = 1; i <= n; i++) cin >> c[i], sum[i] = sum[i - 1] + c[i];
    q[tail++] = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        while (tail - head >= 2 && slope(q[head], q[head +  1]) <= 2 * sum[i]) ++head;
        set(i, q[head]); // 从单调队列的头部节点进行转移
        while (tail - head >= 2 && slope(q[tail - 1], q[tail - 2]) > slope(q[tail - 1], i)) --tail;
        q[tail++] = i;
    }
    cout << dp[n] << endl;
    return 0;
}
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