Оптимизации динамического программирования: различия между версиями
Ctrlalt (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Ctrlalt (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
| (не показаны 2 промежуточные версии этого же участника) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
== Divide & Conquer-оптимизация == | == Оптимизация Кнута (массив, число; N^2 * P → N^2) == | ||
Решается задача «Разделить массив на partCount частей, минимизировав нечто». Паттерн — двумерная динамика, позиция в массиве + число. | |||
Базовое решение за O(N^2 * P): | |||
vector<vector<long long>> res(a.size() + 1, vector<long long>(partCount + 1, 1e18)); | |||
res[0][0] = 0; | |||
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) { | |||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | |||
for (int partSize = 1; partSize <= size; partSize++) { | |||
long long partPrice = getPartPrice(size - partSize, size - 1); | |||
res[size][parts] = min(res[size][parts], res[size - partSize][parts - 1] + partPrice); | |||
} | |||
} | |||
} | |||
return res[a.size()][partCount]; | |||
Поменяем порядок индексов и будем перебирать prevSize вместо partSize: | |||
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18)); | |||
res[0][0] = 0; | |||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | |||
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) { | |||
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | |||
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | |||
res[parts][size] = min(res[parts][size], res[parts - 1][prevSize] + partPrice); | |||
} | |||
} | |||
} | |||
return res[partCount][a.size()]; | |||
Будем сохранять лучший prevSize: | |||
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18)); | |||
vector<vector<int>> bestPrevSize(partCount + 1, vector<int>(a.size() + 1)); | |||
res[0][0] = 0; | |||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | |||
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) { | |||
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | |||
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | |||
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) { | |||
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice; | |||
bestPrevSize[parts][size] = prevSize; | |||
} | |||
} | |||
} | |||
} | |||
return res[partCount][a.size()]; | |||
Условия применимости: | |||
* Если делим на большее число частей тот же отрезок, последняя часть не должна начаться левее. | |||
* Если делим на то же число частей больший отрезок, последняя часть не должна начаться левее. | |||
bestPrevSize[parts - 1][size] <= bestPrevSize[parts][size] | |||
bestPrevSize[parts][size] <= bestPrevSize[parts][size + 1] | |||
Будем перебирать prevSize от bestPrevSize[parts - 1][size] до bestPrevSize[parts][size + 1]. Чтобы bestPrevSize[parts][size + 1] уже был вычислен, будем перебирать size по убыванию. | |||
Сложность становится равной O(N^2). | |||
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18)); | |||
vector<vector<int>> bestPrevSize(partCount + 1, vector<int>(a.size() + 1)); | |||
res[0][0] = 0; | |||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | |||
for (int size = a.size(); size >= 1; size--) { | |||
int prevSizeL = bestPrevSize[parts - 1][size]; | |||
int prevSizeR = size == a.size() ? size - 1 : min(size - 1, bestPrevSize[parts][size + 1]); | |||
for (int prevSize = prevSizeL; prevSize <= prevSizeR; prevSize++) { | |||
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | |||
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) { | |||
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice; | |||
bestPrevSize[parts][size] = prevSize; | |||
} | |||
} | |||
} | |||
} | |||
return res[partCount][a.size()]; | |||
* [https://peltorator.org/posts/knuth_yao_optimization/ peltorator.org — Оптимизация Кнута — Яо] | |||
* [https://algorithmica.org/ru/dp-optimizations#оптимизация-кнута algorithmica.org — Пересчёт динамики по слоям. Оптимизация Кнута] | |||
* [http://wiki.algocode.ru/index.php?title=%D0%9E%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%9A%D0%BD%D1%83%D1%82%D0%B0 algocode.ru — Оптимизация Кнута] | |||
* [https://cp-algorithms.com/dynamic_programming/knuth-optimization.html cp-algorithms.com — Knuth's Optimization (динамика по подотрезкам)] | |||
* [https://robert1003.github.io/2020/02/29/dp-opt-knuth.html robert1003.github.io — Knuth Optimization] | |||
* [https://usaco.guide/adv/dp-more usaco.guide — Additional DP Optimizations and Techniques] | |||
* [https://jeffreyxiao.me/blog/knuths-optimization Xiao J. — Knuth's Optimization] | |||
== Оптимизация Кнута (подотрезок массива) == | |||
TBA | |||
== Divide & Conquer-оптимизация (массив, число; N^2 * P → NlogN * P) == | |||
Решается задача «Разделить массив на partCount частей, минимизировав нечто». Паттерн — двумерная динамика, позиция в массиве + число. | Решается задача «Разделить массив на partCount частей, минимизировав нечто». Паттерн — двумерная динамика, позиция в массиве + число. | ||
| Строка 7: | Строка 110: | ||
res[0][0] = 0; | res[0][0] = 0; | ||
for (int size = | for (int size = 1; size <= a.size(); size++) { | ||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | ||
for (int partSize = 1; partSize <= size; partSize++) { | for (int partSize = 1; partSize <= size; partSize++) { | ||
| Строка 24: | Строка 127: | ||
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) { | ||
for (int size = | for (int size = 1; size <= a.size(); size++) { | ||
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | ||
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | ||
| Строка 37: | Строка 140: | ||
void calc(vector<vector<long long>> &res, int parts, vector<long long> &p) { | void calc(vector<vector<long long>> &res, int parts, vector<long long> &p) { | ||
for (int size = | for (int size = 1; size < res[0].size(); size++) { | ||
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) { | ||
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1); | ||
Текущая версия от 20:24, 15 октября 2026
Оптимизация Кнута (массив, число; N^2 * P → N^2)
Решается задача «Разделить массив на partCount частей, минимизировав нечто». Паттерн — двумерная динамика, позиция в массиве + число.
Базовое решение за O(N^2 * P):
vector<vector<long long>> res(a.size() + 1, vector<long long>(partCount + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) {
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int partSize = 1; partSize <= size; partSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(size - partSize, size - 1);
res[size][parts] = min(res[size][parts], res[size - partSize][parts - 1] + partPrice);
}
}
}
return res[a.size()][partCount];
Поменяем порядок индексов и будем перебирать prevSize вместо partSize:
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) {
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
res[parts][size] = min(res[parts][size], res[parts - 1][prevSize] + partPrice);
}
}
}
return res[partCount][a.size()];
Будем сохранять лучший prevSize:
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
vector<vector<int>> bestPrevSize(partCount + 1, vector<int>(a.size() + 1));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) {
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) {
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice;
bestPrevSize[parts][size] = prevSize;
}
}
}
}
return res[partCount][a.size()];
Условия применимости:
- Если делим на большее число частей тот же отрезок, последняя часть не должна начаться левее.
- Если делим на то же число частей больший отрезок, последняя часть не должна начаться левее.
bestPrevSize[parts - 1][size] <= bestPrevSize[parts][size] bestPrevSize[parts][size] <= bestPrevSize[parts][size + 1]
Будем перебирать prevSize от bestPrevSize[parts - 1][size] до bestPrevSize[parts][size + 1]. Чтобы bestPrevSize[parts][size + 1] уже был вычислен, будем перебирать size по убыванию.
Сложность становится равной O(N^2).
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
vector<vector<int>> bestPrevSize(partCount + 1, vector<int>(a.size() + 1));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int size = a.size(); size >= 1; size--) {
int prevSizeL = bestPrevSize[parts - 1][size];
int prevSizeR = size == a.size() ? size - 1 : min(size - 1, bestPrevSize[parts][size + 1]);
for (int prevSize = prevSizeL; prevSize <= prevSizeR; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) {
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice;
bestPrevSize[parts][size] = prevSize;
}
}
}
}
return res[partCount][a.size()];
- peltorator.org — Оптимизация Кнута — Яо
- algorithmica.org — Пересчёт динамики по слоям. Оптимизация Кнута
- algocode.ru — Оптимизация Кнута
- cp-algorithms.com — Knuth's Optimization (динамика по подотрезкам)
- robert1003.github.io — Knuth Optimization
- usaco.guide — Additional DP Optimizations and Techniques
- Xiao J. — Knuth's Optimization
Оптимизация Кнута (подотрезок массива)
TBA
Divide & Conquer-оптимизация (массив, число; N^2 * P → NlogN * P)
Решается задача «Разделить массив на partCount частей, минимизировав нечто». Паттерн — двумерная динамика, позиция в массиве + число.
Базовое решение за O(N^2 * P):
vector<vector<long long>> res(a.size() + 1, vector<long long>(partCount + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) {
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int partSize = 1; partSize <= size; partSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(size - partSize, size - 1);
res[size][parts] = min(res[size][parts], res[size - partSize][parts - 1] + partPrice);
}
}
}
return res[a.size()][partCount];
Поменяем порядок индексов и будем перебирать prevSize вместо partSize:
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++) {
for (int size = 1; size <= a.size(); size++) {
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
res[parts][size] = min(res[parts][size], res[parts - 1][prevSize] + partPrice);
}
}
}
return res[partCount][a.size()];
Вынесем расчёт строки для фиксированного parts в функцию:
void calc(vector<vector<long long>> &res, int parts, vector<long long> &p) {
for (int size = 1; size < res[0].size(); size++) {
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
res[parts][size] = min(res[parts][size], res[parts - 1][prevSize] + partPrice);
}
}
}
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++)
calc(res, parts, p);
return res[partCount][a.size()];
Внутри функции вместо цикла по size сделаем рекурсию:
void rec(vector<vector<long long>> &res, int parts, int sizeL, int sizeR, vector<long long> &p) {
if (sizeL > sizeR)
return;
int size = sizeL + (sizeR - sizeL) / 2;
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
res[parts][size] = min(res[parts][size], res[parts - 1][prevSize] + partPrice);
}
rec(res, parts, sizeL, size - 1, p);
rec(res, parts, size + 1, sizeR, p);
}
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++)
rec(res, parts, 0, a.size(), p);
return res[partCount][a.size()];
В рекурсии будем сохранять лучший prevSize:
void rec(vector<vector<long long>> &res, int parts, int sizeL, int sizeR, vector<long long> &p) {
if (sizeL > sizeR)
return;
int size = sizeL + (sizeR - sizeL) / 2;
int bestPrevSize = 0;
for (int prevSize = 0; prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(prevSize, size - 1);
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) {
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice;
bestPrevSize = prevSize;
}
}
rec(res, parts, sizeL, size - 1, p);
rec(res, parts, size + 1, sizeR, p);
}
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++)
rec(res, parts, 0, a.size(), p);
return res[partCount][a.size()];
Заметим, что в рекурсивных вызовах можно перебирать prevSize только до bestPrevSize или только от bestPrevSize.
Сложность становится равной O(NlogN * P).
void rec(vector<vector<long long>> &res, int parts, int sizeL, int sizeR, int prevSizeL, int prevSizeR, vector<long long> &p) {
if (sizeL > sizeR)
return;
int size = sizeL + (sizeR - sizeL) / 2;
int bestPrevSize = prevSizeL;
for (int prevSize = prevSizeL; prevSize <= prevSizeR && prevSize < size; prevSize++) {
long long partPrice = getPartPrice(p, prevSize, size - 1);
if (res[parts][size] > res[parts - 1][prevSize] + partPrice) {
res[parts][size] = res[parts - 1][prevSize] + partPrice;
bestPrevSize = prevSize;
}
}
rec(res, parts, sizeL, size - 1, prevSizeL, bestPrevSize, p);
rec(res, parts, size + 1, sizeR, bestPrevSize, prevSizeR, p);
}
vector<vector<long long>> res(partCount + 1, vector<long long>(a.size() + 1, 1e18));
res[0][0] = 0;
for (int parts = 1; parts <= partCount; parts++)
rec(res, parts, 0, a.size(), 0, a.size(), p);
return res[partCount][a.size()];
- algorithmica.org — Пересчёт динамики по слоям. Разделяй-и-властвуй
- algocode.ru — Divide & Conquer-оптимизация
- cp-algorithms.com — Divide and Conquer DP
- Nasser M. — DP Divide and Conquer Optimization
- robert1003.github.io — Divide and Conquer DP
- usaco.guide — Divide & Conquer DP
- Xiao J. — Divide and Conquer Optimization
Ссылки
Теория:
- algorithmica.org — Пересчёт динамики по слоям
- algocode.ru — Оптимизации динамики: 1, 2, 3, 4, 5
- codeforces.com — Dynamic Programming Optimizations
- codeforces.com — Non-trivial DP Tricks and Techniques
- cp-algorithms.com — Knuth's Optimization
- usaco.guide — Additional DP Optimizations and Techniques
- Erickson J. Advanced Dynamic Programming
- Xiao J. Convex Hull Trick, Knuth's Optimization
- Ахмедов М. Dynamic programming optimizations
- Копелиович С. Лекция по динамике (ЗКШ 2017)