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acm竞赛题知识点总结

∙滚动数组(转)

版权声明:

转载时请以超链接形式标明文章原始出处和作者信息及本声明

利用在数组长度N很大的情况下能达到压缩存储的作用。

一般还是用在DP题目中,因为DP题目是一个自下而上的扩展过程,我们常常用到是连续的解,而每次用到的只是解集中的最后几个解,所以以滚动数组形式能大大减少内存开支。

用法:

#include

usingnamespacestd;

intd[3];

intmain()

{

   d[0]=1;d[1]=1;

   for(inti=2;i<100;i++)

       d[i%3]=d[(i-1)%3]+d[(i-2]%3];

   cout<

   return0;

}

inti,,j,d[2][100];//比d[100][100]省多了

for(i=1;i<100;i++)

   for(j=0;j<100;j++)

       d[i%2][j]=d[(i-1)%2][j]+d[i%2][j-1];

//DP....

滚动数组举个简单的例子:

inti,d[100];

d[0]=1;d[1]=1;

for(i=2;i<100;i++)

d[i]=d[i-1]+d[i-2];

printf("%d",d[99]);

上面这个循环d[i]只需要解集中的前2个解d[i-1]和d[i-2];

为了节约空间用滚动数组的方法

intd[3];

d[0]=1;d[1]=1;

for(i=2;i<100;i++)

d[i%3]=d[(i-1)%3]+d[(i-2)%3];

printf("%d",d[99%3]);

注意上面的运算,我们只留了最近的3个解,数组好象在“滚动‿一样,所以叫滚动数组

对于二维数组也可以用这种方法例如:

inti,j,d[100][100];

for(i=1;i<100;i++)

   for(j=0;j<100;j++)

       d[i][j]=d[i-1][j]+d[i][j-1];

上鿢的d[i][j]忪便赖于d[i-1][j],d[i][j-1];

迿用滚动数组

inti,,j,d[2][100];

for(i=1;i<100;i++)

   for(j=0;j<100;j++)

       d[i%2][j]=d[(i-1)%2][j]+d[i%2][j-1];

滚动数组实际是一种节约空间的办法,时间上没什么优势,多用于DP中,举个例子先:

一个DP,平常如果需要1000×1000的空间,其实根据DP的特点,能以2×1000的空间解决问题,并且通过滚动,获得和1000×1000一样的效果。

 

背包问题

这是最基础的背包问题,特点是:

每种物品仅有一件,可以选择放或不放。

用子问题定义状态:

即f[i][v]表示前i件物品恰放入一个容量为v的背包可以获得的最大价值。

则其状态转移方程便是:

f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]+w[i]}

这个方程非常重要,基本上所有跟背包相关的问题的方程都是由它衍生出来的。

所以有必要将它详细解释一下:

“将前i件物品放入容量为v的背包中”这个子问题,若只考虑第i件物品的策略(放或不放),那么就可以转化为一个只牵扯前i-1件物品的问题。

如果不放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入容量为v的背包中”,价值为f[i-1][v];如果放第i件物品,那么问题就转化为“前i-1件物品放入剩下的容量为v-c[i]的背包中”,此时能获得的最大价值就是f[i-1][v-c[i]]再加上通过放入第i件物品获得的价值w[i]。

优化空间复杂度

以上方法的时间和空间复杂度均为O(VN),其中时间复杂度应该已经不能再优化了,但空间复杂度却可以优化到O。

先考虑上面讲的基本思路如何实现,肯定是有一个主循环i=1..N,每次算出来二维数组f[i][0..V]的所有值。

那么,如果只用一个数组f[0..V],能不能保证第i次循环结束后f[v]中表示的就是我们定义的状态f[i][v]呢?

f[i][v]是由f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]两个子问题递推而来,能否保证在推f[i][v]时(也即在第i次主循环中推f[v]时)能够得到f[i-1][v]和f[i-1][v-c[i]]的值呢?

事实上,这要求在每次主循环中我们以v=V..0的顺序推f[v],这样才能保证推f[v]时f[v-c[i]]保存的是状态f[i-1][v-c[i]]的值。

伪代码如下:

fori=1..N

forv=V..0

f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]+w[i]};

其中的f[v]=max{f[v],f[v-c[i]]}一句恰就相当于我们的转移方程f[i][v]=max{f[i-1][v],f[i-1][v-c[i]]},因为现在的f[v-c[i]]就相当于原来的f[i-1][v-c[i]]。

如果将v的循环顺序从上面的逆序改成顺序的话,那么则成了f[i][v]由f[i][v-c[i]]推知,与本题意不符,但它却是另一个重要的背包问题P02最简捷的解决方案,故学习只用一维数组解01背包问题是十分必要的。

AC自动机

 

首先简要介绍一下AC自动机:

Aho-Corasickautomation,该算法在1975年产生于贝尔实验室,是著名的多模匹配算法之一。

一个常见的例子就是给出n个单词,再给出一段包含m个字符的文章,让你找出有多少个单词在文章里出现过。

要搞懂AC自动机,先得有模式树(字典树)Trie和KMP模式匹配算法的基础知识。

AC自动机算法分为3步:

构造一棵Trie树,构造失败指针和模式匹配过程。

    如果你对KMP算法和了解的话,应该知道KMP算法中的next函数(shift函数或者fail函数)是干什么用的。

KMP中我们用两个指针i和j分别表示,A[i-j+1..i]与B[1..j]完全相等。

也就是说,i是不断增加的,随着i的增加j相应地变化,且j满足以A[i]结尾的长度为j的字符串正好匹配B串的前j个字符,当A[i+1]≠B[j+1],KMP的策略是调整j的位置(减小j值)使得A[i-j+1..i]与B[1..j]保持匹配且新的B[j+1]恰好与A[i+1]匹配,而next函数恰恰记录了这个j应该调整到的位置。

同样AC自动机的失败指针具有同样的功能,也就是说当我们的模式串在Tire上进行匹配时,如果与当前节点的关键字不能继续匹配的时候,就应该去当前节点的失败指针所指向的节点继续进行匹配。

     看下面这个例子:

给定5个单词:

say she shr he her,然后给定一个字符串yasherhs。

问一共有多少单词在这个字符串中出现过。

我们先规定一下AC自动机所需要的一些数据结构,方便接下去的编程。

 1 const int kind = 26; 

 2 struct node{  

 3     node *fail;       //失败指针

 4     node *next[kind]; //Tire每个节点的个子节点(最多个字母)

 5     int count;        //是否为该单词的最后一个节点

 6     node(){           //构造函数初始化

 7         fail=NULL; 

 8         count=0; 

 9         memset(next,NULL,sizeof(next)); 

10     } 

11 }*q[500001];          //队列,方便用于bfs构造失败指针

12 char keyword[51];     //输入的单词

13 char str[1000001];    //模式串

14 int head,tail;        //队列的头尾指针

有了这些数据结构之后,就可以开始编程了:

   首先,将这5个单词构造成一棵Tire,如图-1所示。

 1 void insert(char *str,node *root){ 

 2     node *p=root; 

 3     int i=0,index;  

 4     while(str[i]){ 

 5         index=str[i]-'a'; 

 6         if(p->next[index]==NULL) p->next[index]=new node();  

 7         p=p->next[index];

 8         i++;

 9     } 

10     p->count++;     //在单词的最后一个节点count+1,代表一个单词

11 }

在构造完这棵Tire之后,接下去的工作就是构造下失败指针。

构造失败指针的过程概括起来就一句话:

设这个节点上的字母为C,沿着他父亲的失败指针走,直到走到一个节点,他的儿子中也有字母为C的节点。

然后把当前节点的失败指针指向那个字母也为C的儿子。

如果一直走到了root都没找到,那就把失败指针指向root。

具体操作起来只需要:

先把root加入队列(root的失败指针指向自己或者NULL),这以后我们每处理一个点,就把它的所有儿子加入队列,队列为空。

 1 void build_ac_automation(node *root){

 2    int i;

 3     root->fail=NULL; 

 4     q[head++]=root; 

 5     while(head!

=tail){ 

 6         node *temp=q[tail++]; 

 7         node *p=NULL; 

 8         for(i=0;i<26;i++){ 

 9             if(temp->next[i]!

=NULL){ 

10                 if(temp==root) temp->next[i]->fail=root;                 

11                 else{ 

12                     p=temp->fail; 

13                     while(p!

=NULL){  

14                         if(p->next[i]!

=NULL){ 

15                             temp->next[i]->fail=p->next[i]; 

16                             break; 

17                         } 

18                         p=p->fail; 

19                     } 

20                     if(p==NULL) temp->next[i]->fail=root; 

21                 } 

22                 q[head++]=temp->next[i];  

23             } 

24         }   

25     } 

26 }

   从代码观察下构造失败指针的流程:

对照图-2来看,首先root的fail指针指向NULL,然后root入队,进入循环。

第1次循环的时候,我们需要处理2个节点:

root->next[‘h’-‘a’](节点h)和root->next[‘s’-‘a’](节点s)。

把这2个节点的失败指针指向root,并且先后进入队列,失败指针的指向对应图-2中的

(1),

(2)两条虚线;第2次进入循环后,从队列中先弹出h,接下来p指向h节点的fail指针指向的节点,也就是root;进入第13行的循环后,p=p->fail也就是p=NULL,这时退出循环,并把节点e的fail指针指向root,对应图-2中的(3),然后节点e进入队列;第3次循环时,弹出的第一个节点a的操作与上一步操作的节点e相同,把a的fail指针指向root,对应图-2中的(4),并入队;第4次进入循环时,弹出节点h(图中左边那个),这时操作略有不同。

在程序运行到14行时,由于p->next[i]!

=NULL(root有h这个儿子节点,图中右边那个),这样便把左边那个h节点的失败指针指向右边那个root的儿子节点h,对应图-2中的(5),然后h入队。

以此类推:

在循环结束后,所有的失败指针就是图-2中的这种形式。

  最后,我们便可以在AC自动机上查找模式串中出现过哪些单词了。

匹配过程分两种情况:

(1)当前字符匹配,表示从当前节点沿着树边有一条路径可以到达目标字符,此时只需沿该路径走向下一个节点继续匹配即可,目标字符串指针移向下个字符继续匹配;

(2)当前字符不匹配,则去当前节点失败指针所指向的字符继续匹配,匹配过程随着指针指向root结束。

重复这2个过程中的任意一个,直到模式串走到结尾为止。

 1 int query(node *root){ 

 2     int i=0,cnt=0,index,len=strlen(str); 

 3     node *p=root;  

 4     while(str[i]){  

 5         index=str[i]-'a';  

 6         while(p->next[index]==NULL && p!

=root) p=p->fail; 

 7         p=p->next[index]; 

 8         p=(p==NULL)?

root:

p; 

 9         node *temp=p; 

10         while(temp!

=root && temp->count!

=-1){ 

11             cnt+=temp->count; 

12             temp->count=-1; 

13             temp=temp->fail; 

14         } 

15         i++;                 

16     }    

17     return cnt; 

18 }

   对照图-2,看一下模式匹配这个详细的流程,其中模式串为yasherhs。

对于i=0,1。

Trie中没有对应的路径,故不做任何操作;i=2,3,4时,指针p走到左下节点e。

因为节点e的count信息为1,所以cnt+1,并且讲节点e的count值设置为-1,表示改单词已经出现过了,防止重复计数,最后temp指向e节点的失败指针所指向的节点继续查找,以此类推,最后temp指向root,退出while循环,这个过程中count增加了2。

表示找到了2个单词she和he。

当i=5时,程序进入第5行,p指向其失败指针的节点,也就是右边那个e节点,随后在第6行指向r节点,r节点的count值为1,从而count+1,循环直到temp指向root为止。

最后i=6,7时,找不到任何匹配,匹配过程结束。

   到此为止AC自动机算法的详细过程已经全部介绍结束,看一道例题:

ProblemDescription

Inthemoderntime,SearchenginecameintothelifeofeverybodylikeGoogle,Baidu,etc.

Wiskeyalsowantstobringthisfeaturetohisimageretrievalsystem.

Everyimagehavealongdescription,whenuserstypesomekeywordstofindtheimage,thesystemwillmatchthekeywordswithdescriptionofimageandshowtheimagewhichthemostkeywordsbematched.

Tosimplifytheproblem,givingyouadescriptionofimage,andsomekeywords,youshouldtellmehowmanykeywordswillbematch.

 

Input

Firstlinewillcontainoneintegermeanshowmanycaseswillfollowby.

EachcasewillcontaintwointegersNmeansthenumberofkeywordsandNkeywordsfollow.(N<=10000)

Eachkeywordwillonlycontainscharacters'a'-'z',andthelengthwillbenotlongerthan50.

Thelastlineisthedescription,andthelengthwillbenotlongerthan1000000.

 

Output

Printhowmanykeywordsarecontainedinthedescription.

 

SampleInput

1

5

she

he

say

shr

her

yasherhs

 

SampleOutput

3

 1 #include  

 2 using namespace std; 

 3   

 4 const int kind = 26; 

 5 struct node{  

 6     node *fail;       //失败指针

 7     node *next[kind]; //Tire每个节点的26个子节点(最多26个字母)

 8     int count;        //是否为该单词的最后一个节点

 9     node(){           //构造函数初始化

10         fail=NULL; 

11         count=0; 

12         memset(next,NULL,sizeof(next)); 

13     } 

14 }*q[500001];          //队列,方便用于bfs构造失败指针

15 char keyword[51];     //输入的单词

16 char str[1000001];    //模式串

17 int head,tail;        //队列的头尾指针

18   

19 void insert(char *str,node *root){ 

20     node *p=root; 

21     int i=0,index;  

22     while(str[i]){ 

23         index=str[i]-'a'; 

24         if(p->next[index]==NULL) p->next[index]=new node();  

25         p=p->next[index];

26         i++;

27     } 

28     p->count++; 

29 } 

30 void build_ac_automation(node *root){

31     int i;

32     root->fail=NULL; 

33     q[head++]=root; 

34     while(head!

=tail){ 

35         node *temp=q[tail++]; 

36         node *p=NULL; 

37         for(i=0;i<26;i++){ 

38             if(temp->next[i]!

=NULL){ 

39                 if(temp==root) temp->next[i]->fail=root;                 

40                 else{ 

41                     p=temp->fail; 

42                     while(p!

=NULL){  

43                         if(p->next[i]!

=NULL){ 

44                             temp->next[i]->fail=p->next[i]; 

45                             break; 

46                         } 

47                         p=p->fail; 

48                     } 

49                     if(p==NULL) temp->next[i]->fail=root; 

50                 } 

51                 q[head++]=temp->next[i];  

52             } 

53         }   

54     } 

55 } 

56 int query(node *root){ 

57     int i=0,cnt=0,index,len=strlen(str); 

58     node *p=root;  

59     while(str[i]){  

60         index=str[i]-'a';  

61         while(p->next[index]==NULL && p!

=root) p=p->fail; 

62         p=p->next[index]; 

63         p=(p==NULL)?

root:

p; 

64         node *temp=p; 

65         while(temp!

=root && temp->count!

=-1){ 

66             cnt+=temp->count; 

67             temp->count=-1; 

68             temp=temp->fail; 

69         } 

70         i++;    

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