状压DP详解+题目

介绍

状压dp其实就是将状态压缩成2进制来保存 其特征就是看起来有点像搜索,每个格子的状态只有1或0 ,是另一类非常典型的动态规划

举个例子:有一个大小为n*n的农田,我们可以在任意处种田,现在来描述一下某一行的某种状态:

设n = 9;

有二进制数 100011011(九位),每一位表示该农田是否被占用,1表示用了,0表示没用,这样一种状态就被我们表示出来了:见下表

状压DP详解+题目

位运算

为了更好的理解状压dp,首先介绍位运算相关的知识。

& 符号,x&y,会将两个十进制数在二进制下进行与运算(都1为1,其余为0) 然后返回其十进制下的值。例如3(11)&2(10)=2(10)。

|符号,x|y,会将两个十进制数在二进制下进行或运算(都0为0,其余为1) 然后返回其十进制下的值。例如3(11)|2(10)=3(11)。

^ 符号,x^y,会将两个十进制数在二进制下进行异或运算(不同为1,其余 为0)然后返回其十进制下的值。例如3(11)^2(10)=1(01)。

 ~ 符号,~x,按位取反。例如~101=010。

<< 符号,左移操作,x<<2,将x在二进制下的每一位向左移动两位,最右边用0填充,x<<2相当于让x乘以4。 ’>>’符号,是右移操作,x>>1相当于给x/2,去掉x二进制下的最右一位

1.判断一个数字x二进制下第i位是不是等于1。(最低第1位)
方法:if(((1<<(i−1))&x)>0) 将1左移i-1位,相当于制造了一个只有第i位 上是1,其他位上都是0的二进制数。然后与x做与运算,如果结果>0, 说明x第i位上是1,反之则是0。 2.将一个数字x二进制下第i位更改成1。 方法:x=x|(1<<(i−1)) 证明方法与1类似。 3.将一个数字x二进制下第i位更改成0。 方法:x=x&~(1<<(i−1)) 4.把一个数字二进制下最靠右的第一个1去掉。 方法:x=x&(x−1)

题目

P1896 [SCOI2005]互不侵犯

一道很好的状压dp题。

由于每个格子只有两种状态:放国王 和 不放国王 ,用 1 表示放国王,0 表示不放国王;那么把每个格子的数连起来就是 \((101001)_2\) ,这个数在十进制下是: \((101001)_2\)​ = \((41)_{10}\) ​

状压DP详解+题目

所以状压 dp 的套路就是不断的去枚举表示状态的数,去转移即可。

状态设置:

按照状压 dp 的套路,我们设状态:dp[i][S][j] 表示我们已经选到了第 i 行,第 i 行的状态为 S,用了 j 个国王的方案数;

首先看一下国王的攻击范围(以其为中心的九宫格):红色代表国王位置,蓝色代表它的攻击范围:

状压DP详解+题目

思考:如果我们第 i−1 行的第 j 列放好国王之后,那么对第 i 行的影响是什么呢?也就是国王在第 i 行上的攻击范围内的格子不能再放国王了:

状压DP详解+题目

也就是说,如果第i−1 行的状态S1​(表示状态的二进制数)的第 j 位是 1(放国王)的话,第 i 行的状态 S2​ 的第 j−1,j,j+1 位一定为 0(不能再放国王了),否则就是不合法的状态;

所以我们就得出了表示这三个位置的方法,那么 S2​ 必须满足什么条件才可能由 S1​ 转移过去呢?

这是需要位运算了>_<!

条件:\((S2​ & S1​ ==0) && ( (S2​<<1) & S1​==0) && ( (S2​>>1) & S1​==0)\)

我们发现这样写有点长,还可以这样写:\((S2​∣(S2​>>1)∣(S2​<<1)) &S1​==0\)

当然,我们处理完行间的限制后,接下来就要处理行内的限制了;

一个国王的左右格子内不能再放国王了,这就是行内的限制!

直接上 \(((S2​<<1) & S2​==0) && ((S2​>>1) & S2​==0)\)(更简洁:\(((S2​<<1) & S2​==0) && ((S2​>>1) & S2​==0)\))

最后就是普通的dp了

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n,k;
long long cnt[1005],ok[1005];
int h=0;
long long f[15][1005][105];
int main(){
scanf("%d%d",&n,&k);
for (int s=0;s<(1<<n);s++){
if (((s<<1)|(s>>1))&s)continue;
int tot=0;
for (int j=0;j<n;j++)
if (s&(1<<j)) tot++;
cnt[++h]=tot;
ok[h]=s;
}
f[0][1][0]=1;
for (int i=1;i<=n;i++)
for (int j=1;j<=h;j++)
for (int l=cnt[j];l<=k;l++)
for (int t=1;t<=h;t++){
if (!(ok[t]&ok[j])&&!(ok[t]&(ok[j]<<1))&&!(ok[t]&(ok[j]>>1))){
f[i][j][l]+=f[i-1][t][l-cnt[j]];
}
}
long long ans=0;
for (int i=1;i<=h;i++) ans+=f[n][i][k];
printf("%lld",ans);
return 0;
}

P1879 [USACO06NOV]Corn Fields G

和上题差不多

也是有两个条件

1.田是否可以种

2.种的地方上下左右不能种

判断好之后,上代码

#include <bits/stdc++.h>
#define MOD 1000000000
using namespace std;
int m,n;
int F[15];
int a[15][15];
int f[15][5005];
bool cnt[5005];
int h=0;
int ans; int main(){
scanf("%d%d",&m,&n);
for (int i=1;i<=m;i++){
for (int j=1;j<=n;j++){
scanf("%d",&a[i][j]);
F[i]=(F[i]<<1)+a[i][j];
}
}
for (int s=0;s<(1<<n);s++)
cnt[s]=((s&(s<<1))==0)&&((s&(s>>1))==0);
f[0][0]=1;
for (int i=1;i<=m;i++){
for (int l=0;l<(1<<n);l++){
if (cnt[l]&&((l&F[i])==l)){
for (int s=0;s<(1<<n);s++){
if (!(l&s))
f[i][l]=(f[i][l]+f[i-1][s])%MOD;
}
}
}
}
for (int i=0;i<(1<<n);i++){
ans+=f[m][i];
ans%=MOD;
}
printf("%d\n",ans);
return 0;
}

P2704 [NOI2001] 炮兵阵地

可以说是上一题的plus。

只要多加一次的循环就可以了

由于觉得太烦就先把1行2行先处理一下

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n,m;
int f[105][105][105],l[105];
int a[105][105];
int h[505];
int num[505];
int cnt=1;
int main(){
char s;
scanf("%d%d",&n,&m);
for (int i=1;i<=n;i++){
for (int j=1;j<=m;j++){
cin>>s;
if (s=='H') a[i][j]=1;
l[i]=(l[i]<<1)+a[i][j];
}
} for (int i=1;i<(1<<m);i++){
if ((((i<<2)|(i>>2)|(i<<1)|(i>>1))&i)==0){
h[++cnt]=i;
int s=i;
while (s){
num[cnt]++;
s -= s & (-s);
}
}
} for (int i=1;i<=cnt;i++)
if ((h[i]&l[1])==0)
f[1][i][0]=num[i]; for (int i=1;i<=cnt;i++)
if ((h[i]&l[2])==0)
for (int j=1;j<=cnt;j++)
if ((h[i]&h[j])==0&&(h[j]&l[1])==0)
f[2][i][j]=f[1][j][0]+num[i]; for (int i=3;i<=n;i++){
for (int k1=1;k1<=cnt;k1++){
if ((h[k1]&l[i])==0){
for (int k2=1;k2<=cnt;k2++){
if ((h[k1]&h[k2])==0&&(h[k2]&l[i-1])==0){
for (int k3=1;k3<=cnt;k3++){
if ((h[k1]&h[k3])==0&&(h[k2]&h[k3])==0&&(h[k3]&l[i-2])==0){
f[i][k1][k2]=max(f[i][k1][k2],f[i-1][k2][k3]+num[k1]);
}
} }
} }
}
}
int ans=0;
for (int i=1;i<=cnt;i++){
for (int j=1;j<=cnt;j++){
ans=max(ans,f[n][i][j]);
}
}
printf("%d\n",ans);
return 0;
}
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