2 条题解
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作为金牌教练,制作一套严谨的 OJ 测试数据需要考虑到算法的各种极端情况。对于“跳跃游戏 VI”,数据生成的重点在于考察单调队列是否能正确维护最大值,以及是否能处理大规模负数导致的路径选择问题。
以下是为你准备的自动化数据生成器。该程序遵循 C++14 标准,采用非递归的单调队列标程逻辑生成
.out文件,确保在 规模下不会超时。一、 数据生成器代码 (C++14)
#include <iostream> #include <fstream> #include <vector> #include <string> #include <deque> #include <algorithm> #include <random> #include <ctime> using namespace std; /** * 标程逻辑:用于生成 .out 文件 * 采用单调队列优化 DP, 时间复杂度 O(N) */ long long solve_standard(int n, int k, const vector<int>& nums) { if (n == 0) return 0; vector<long long> dp(n); dp[0] = nums[0]; deque<int> dq; dq.push_back(0); for (int i = 1; i < n; ++i) { // 1. 弹出不在窗口 [i-k, i-1] 内的决策点 while (!dq.empty() && dq.front() < i - k) { dq.pop_front(); } // 2. 状态转移: 当前最大分 = 窗口内最大 dp + nums[i] dp[i] = dp[dq.front()] + nums[i]; // 3. 维护单调队列 (递减) while (!dq.empty() && dp[i] >= dp[dq.back()]) { dq.pop_back(); } dq.push_back(i); } return dp[n - 1]; } /** * 写入测试点文件 */ void write_test_case(int id, int n, int k, const vector<int>& nums) { string in_name = to_string(id) + ".in"; string out_name = to_string(id) + ".out"; // 写入输入文件 (.in) ofstream fout(in_name); fout << n << " " << k << "\n"; for (int i = 0; i < n; ++i) { fout << nums[i] << (i == n - 1 ? "" : " "); } fout << endl; fout.close(); // 计算并写入输出文件 (.out) long long result = solve_standard(n, k, nums); ofstream fans(out_name); fans << result << endl; fans.close(); cout << "Generated Case " << id << " (N=" << n << ", k=" << k << ")" << endl; } int main() { mt19937 rng(time(0)); uniform_int_distribution<int> val_dist(-10000, 10000); for (int i = 1; i <= 10; ++i) { int n, k; vector<int> nums; if (i == 1) { // 样例 n = 6; k = 2; nums = {1, -1, -2, 4, -7, 3}; } else if (i == 2) { // 最小边界 N=1 n = 1; k = 100; nums = {val_dist(rng)}; } else if (i == 3) { // 边界:k=1 (必须一步步走,等同于数组总和) n = 1000; k = 1; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(val_dist(rng)); } else if (i == 4) { // 边界:k=N (可以从起点跳到任何位置) n = 1000; k = 1000; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(val_dist(rng)); } else if (i == 5) { // 全正数:最大得分应为全选 n = 5000; k = 10; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(rng() % 10000 + 1); } else if (i == 6) { // 全负数:测试寻找“损失最小”的路径 n = 5000; k = 10; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(-(rng() % 10000 + 1)); } else if (i == 7) { // 锯齿形:极大正数与极小负数交替 n = 10000; k = 100; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(j % 2 == 0 ? 10000 : -10000); } else if (i <= 8) { // 随机中等规模 n = 10000; k = rng() % 5000 + 1; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(val_dist(rng)); } else if (i <= 10) { // 极限规模:N=10^5, K=10^5 n = 100000; k = rng() % 100000 + 1; for (int j = 0; j < n; ++j) nums.push_back(val_dist(rng)); } write_test_case(i, n, k, nums); } return 0; }
二、 测试点设计思路(创建 OJ 必读)
作为教练,这 10 组数据旨在全方位检测选手的代码健壮性:
测试点 数据特征 考察重点 1 官方样例 确保基础逻辑与题目描述一致。 2 最小规模边界测试。 3 考察代码是否会退化为简单的线性累加,检查 DP 基础转移。 4 考察当窗口覆盖全场时,单调队列是否能持续持有起点。 5 全正数 考察 long long累加是否正确。6 全负数 关键考查点:考察是否会在负数中选择路径,而非简单贪心。 7 锯齿形波动 考察单调队列频繁 pop_back和pop_front的性能。8 随机中规模 考察普通随机分布下的鲁棒性。 9-10 极限规模 压力测试:确保算法是 而非 。
三、 考场避坑建议
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数据溢出: 虽然 只有 ,但 个数相加会达到 。虽然
int最大支持 ,但考虑到中间计算和可能的变体,金牌选手在处理此类 DP 时一律强制使用long long。 -
单调队列的存储: 队列中务必存储下标 (index) 而非 值。只有存储下标,你才能通过
dq.front() < i - k准确判断决策点是否已经“过期”。 -
常数优化: 如果在正式比赛中 增加到 ,
std::deque的开销会变得明显。建议熟练掌握数组模拟双端队列的写法,那能让你的程序运行速度提升数倍。 -
非递归安全: 本生成器和标程算法完全基于迭代(Loops),不涉及任何递归调用,即便在系统栈空间极其有限的评测环境下也能稳定运行。
这份生成器生成的
.in和.out文件完全符合 NOI 竞赛标准,你可以直接打包上传至 OJ 系统。加油! -
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你好,同学!这道题是单调队列优化动态规划(DP)的经典模板题。在 NOI 竞赛中,掌握这种优化技巧是进入提高组复赛并在 DP 题目中拿高分的关键。
以下是基于 C++14 标准 的满分参考代码,采用了 均摊时间复杂度 的单调队列解法。
一、 跳跃游戏 VI 标准题解 (C++14)
#include <iostream> #include <vector> #include <deque> #include <algorithm> using namespace std; /** * 题目:跳跃游戏 VI * 核心:单调队列优化 DP * * 易错点预警: * 1. 数据类型:虽然单项最高 10^4,但 10^5 个数累加可能接近 10^9。 * 在 NOI 竞赛中,涉及累加的 DP 建议一律开 long long。 * 2. 窗口边界:窗口范围是 [i-k, i-1],弹出队首时判断条件是 dq.front() < i - k。 * 3. 队列存储内容:队列中存储下标 (index),方便判断是否“过期”。 */ void solve() { int n, k; if (!(cin >> n >> k)) return; vector<int> nums(n); for (int i = 0; i < n; ++i) { cin >> nums[i]; } // dp[i] 表示跳到下标 i 时能获得的最大得分 vector<long long> dp(n, 0); dp[0] = nums[0]; // 单调队列,存储下标,维持对应 dp 值的单调递减 deque<int> dq; dq.push_back(0); for (int i = 1; i < n; ++i) { // 1. 检查队首下标是否已经超出了跳跃范围 k // 如果队首下标小于 i - k,说明从那个位置跳不到当前的 i while (!dq.empty() && dq.front() < i - k) { dq.pop_front(); } // 2. 状态转移:当前最大得分 = 之前的最大得分 + 当前格子的分数 // 队首始终是窗口 [i-k, i-1] 内 dp 值最大的下标 dp[i] = dp[dq.front()] + nums[i]; // 3. 维护队列的单调递减性: // 如果当前 dp[i] 比队尾对应的 dp 值大,说明队尾已经没用了。 // 因为 dp[i] 既比它大,又比它“年轻”(能覆盖更远的范围)。 while (!dq.empty() && dp[i] >= dp[dq.back()]) { dq.pop_back(); } // 4. 将当前下标入队 dq.push_back(i); } cout << dp[n - 1] << endl; } int main() { // NOI 竞赛必备优化:加速 I/O 效率 ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(nullptr); solve(); return 0; }
二、 复杂度分析思考过程
1. 时间复杂度:
- 分析:虽然程序中有嵌套的
while循环,但我们采用均摊分析法。数组中的每一个下标i都会:- 被
push_back进入队列一次。 - 最多被
pop_front弹出一次。 - 或者最多被
pop_back弹出一次。
- 被
- 结论:总的操作次数是 级别的,与跳跃长度 无关。对于 的规模,能在 0.1s 内轻松解决。
2. 空间复杂度:
- 分析:我们需要一个
dp数组存储 个结果,单调队列在最坏情况下存储 个元素。 - 结论:总空间复杂度为 。在 256MB 的限制下,
10^5个long long仅占约 0.8MB,非常安全。
三、 时间复杂度优化建议 (NOI 进阶)
如果在更高难度的题目中, 达到了 甚至更高,或者时限非常苛刻(如 0.2s),可以进行以下优化:
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手动模拟双端队列 (Manual Deque):
std::deque的内存分配机制(块状存储)会带来一定的常数开销。使用原生数组模拟队列是金牌选手的常用手段:int q[1000005]; int head = 0, tail = -1; // 入队:q[++tail] = i; // 队首弹出:head++; // 队尾弹出:tail--;数组模拟的
deque在速度上通常比 STL 快 2-3 倍。 -
原地滚动优化: 由于 只依赖于前 个值,理论上可以使用滑动数组将空间优化到 。但在本题 的量级下,直接开 数组的逻辑更简单,不容易在比赛中写挂。
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避免
endl: 代码中使用了endl。在输出量极大时,endl会强制刷新缓冲区,导致速度极慢。建议改用'\n'。
四、 读题关键词总结
在 NOI 考场上,当你看到以下关键词组合时,应立即联想到单调队列优化 DP:
- “最大/最小得分/和”:暗示这是最优化问题,优先考虑动态规划。
- “最多跳 步” / “在窗口范围内”:意味着 的决策点来自于一个长度固定的滑动区间。
- “ 和 很大 ( 及以上)”:排除 的暴力 DP。必须寻找线性 或 的优化方案。
教练寄语: 单调队列优化的精髓在于:“如果一个决策点不仅比你旧,还没你强,那它就永远不可能成为最优解。” 这种“优胜劣汰”的逻辑是解决区间最值问题的万能钥匙。去完成它吧!
- 分析:虽然程序中有嵌套的
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信息
- ID
- 19384
- 时间
- 1000ms
- 内存
- 128MiB
- 难度
- 10
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