1 条题解

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    @ 2023-10-19 23:49:29

    可以看出这个题就是求一棵代价最小的生成树,由于边权要乘以高度的缘故,所以不能初始求一遍普通的生成树,但是前 2020 分保证是一棵树,所以可以直接暴力求解,即枚举每个点作为起点开拓一次搜索一次树

    考虑状压 DP 求解

    状态设计:fi,jf_{i,j} 当前已经加入的点的集合是 ii 当前树的高度是 jj 的所有方案。

    答案:mini=1n1(f2n1,i)\min_{i=1}^{n-1} (f_{2^n-1,i})

    状态转移:考虑上一个不同的状态必然是由 fs,j1f_{s, j-1} 加入了部分点到第 jj 层后得到 fi,jf_{i,j}

    这里我们来证明一下,为何一定要将部分点加入到第 jj 层而不需要考虑这部分点加入到前面的每一层来去求一个最小值。

    pPW2CRO.png

    如下图新加入的点 44 我们直接连到最后一层。

    pPW2PzD.png

    如果点 44 是连接到更上的一层的答案比连接到下面的答案更优,那么我们在之前肯定已经枚举过这种状态并计算过答案了。因为我们的状态设计是 fi,jf_{i,j} 其含义是当前已经加入的点的集合是 ii 当前树的高度是 jj 的所有方案.在之前的高度我们是已经计算过点 44 去到低的层的情况,因而再求新的情况我们不需要再去考虑之前的情况,这样是不会漏算的。

    具体来说:

    • 枚举所有的状态 ii
    • 枚举状态 ii 的子集 kk 考虑将这一部分点加入到新的一层 jj,那么 i ^ k 就是前 j1j-1 层的点集,这一部分的答案是 fik,j1f_{i\oplus k,j-1}
    • 因此只需要累加点集 kk 加入到点集 iki\oplus k 的最小权值即可。这一部分我们可以首先预处理每个点到任意点集的最小距离,然后总距离和乘以树的高度就是这一部分的代价。

    时间复杂度: O(3nn)O(3^n*n)

    枚举所有的子集,在枚举子集的子集,这个复杂度是 O(3n)O(3^n) 的,还需要枚举树的高度这是 O(n)O(n)

    浅显的证明一下枚举所有的子集,在枚举子集的子集,这个复杂度是 O(3n)O(3^n)

    我们容易知道一个大小为 nn 的集合,它一共有 2n2^n 个子集,那么每一个子集有多少个子集呢?

    子集个数可以用如下式子表示

    k=0nCnk\sum_{k=0}^n C_n^k 即从 nn 个元素中选择 kk 的所有方案。每一个子集含有 kk 个元素,则这一部分的子集是 2k2^k

    故枚举子集的子集一共有 k=0nCnk×2k\sum_{k=0}^n C_n^k\times 2^k

    根据二项式定理, (a+b)n=i=0nCnianibi(a+b)^n=\sum_{i=0}^n C_n^i a^{n-i}*b_i

    可得k=0nCnk×2k=k=0nCnk1nk×2k=(1+2)n=3n\sum_{k=0}^n C_n^k\times 2^k=\sum_{k=0}^n C_n^k 1^{n-k}\times 2^k=(1+2)^n=3^n

    #include <bits/stdc++.h>
    #define ll long long
    using namespace std;
    const int N = 12, M = 1 << N;
    int n, m, dis[N][N];
    int f[M][N], g[N][M];
    int main()
    {
        ios::sync_with_stdio(false);
        cin.tie(0); 
        cin >> n >> m;
        for (int i = 0; i < n; i++)
            for (int j = 0; j < n; j++)
                if (i != j) dis[i][j] = 1e9;
        for (int i = 1; i <= m; i++)
        {
            int u, v, w;
            cin >> u >> v >> w;
            u--, v--;
            dis[u][v] = dis[v][u] = min(dis[u][v], w);
        }
        memset(g, 0x3f, sizeof(g));
        for (int i = 0; i < n; i++)
        {
            for (int j = 0; j < (1 << n); j++)
            {
                for (int k = 0; k < n; k++)
                {
                    if (j >> k & 1)//集合 j 里含有 k
                    {
                        g[i][j] = min(g[i][j], dis[i][k]);//更新点 i 到集合 j 的最小距离是点i到k的距离
                    }
                }
            }
        }
        memset(f, 0x3f, sizeof(f));
        for (int i = 0; i < n; i++) f[1 << i][0] = 0;//初始化开拓点 i 且高度为 0 的情况代价为 0
        for (int i = 1; i < (1 << n); i++)//枚举所有的状态
        {
            for (int k = i - 1 & i; k; k = k - 1 & i)//枚举集合 i 的子集 k
            {
                int r = i ^ k;
                int cost = 0;
                for (int j = 0; j < n; j++)
                {
                    if (k >> j & 1)
                    {
                        if (cost >= 1e9) continue;
                        cost += g[j][r];
                    }
                }
                if (cost >= 1e9) continue;
                for (int j = 1; j < n; j++) f[i][j] = min(f[i][j], f[r][j - 1] + cost * j);
            }
            
        }
        int res = 1e9;
        for (int i = 0; i < n; i++) res = min(res, f[(1 << n) - 1][i]);
        cout << res;
        return 0;
    }
    
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