反转(开关)问题(Face the right way POJ NO.3276)

老农民有N头牛, 每头牛或者朝前或者朝后。 为了让所有的牛都朝前, 买了一台自动转向机(真是蛋疼), 这台机器需要人为的设置一个值K, 这样没操作一次, 恰好使得K头连续的牛转向。 求出为了让所有的牛都能面向前方需要的最少的操作次数M, 并进而确定与之对应的K值。

限制条件: 1<= N <= 5000

Sample input(F表示面向前方, B表示面向后方):

N = 7BBFBFBB输出:K = 3M = 3即先反转1到3号牛, 然后在反转3到5号, 最后反转5号到7号。 步骤如下:

BBF BFBB ———-> FFB BFBB ———> FF FFB BB —–> FFFF FFF

我们看出, 对一个区间(大小为K, 当然连续)反转两次以上是多余的, 也就是说需要反转, 一次就够, 在反, 就等于没反了。

于是问题就变成了求解需要被反转的区间的集合。 我们首先考虑最左端的牛, 包含这头牛的区间只有一个, 即[0, K – 1], 如果这头牛面超前,

就不需要反转, 否则, 这头牛面朝后, 当然这个区间(即[0, K – 1])需要被反转了。这样问题的规模就变为n – 1, 不断的重复下去, 即可以求

出反转的次数了。

忽略掉每个区间重复反转的多与操作,只要存在所有牛面朝前的办法, 那么操作就和顺序无关了, 因为每个区间只反转一次或者不反转。

算法复杂度如何呢?

对所有的K(K 从1 到N)遍历搜索一次, 最坏情况下, 需要进行 N – K + 1次的反转(最后K- 1个无法反转, 要考虑可行性, 因为每次

必须要转K头牛, 而不能少于K头牛), 每次反转需要操作K头牛, 所以总的复杂度为O(N^3)。

但是其实我们并不需要每次非要操作K头牛真的反转, 我们可以通过记录下每个区间是否反转了这一信息, 避免去做每一次的K头牛反转这一工作。 这样我们可以把时间复杂度降为O(N^2)。

具体的, 记录 f[i] = 区间[i, i + K – 1]是否进行了反转, 若反转了 f[i] = 1, 没有反转则记录 f[i] = 0, 这样我们考虑第i 头牛时(方向dir[i], 记为0的时候, 表示朝前, 为1 表示朝后), 如果 ∑f[j], 从 i – K + 1 累加到 i- 1, 若这个sum 为奇数, 表明i头牛已经进行了奇数次的反转, 也就是说, 此时这头牛的方向和其最开始的方向相反, 同理, 若这个sum为偶数, 表明这头牛已经进行了偶数次的反转, 也就是此时这头牛的方向dir[i]和其最开始的方向相同。

我们有如下的观察:

∑ f[j] = ∑f[j] + f[i] – f[i – K + 1]

注意,, 第一个的求和 从 (i + 1) – K + 1 到 i

第二个求和从 i – K + 1 到 i – 1

有个上述公式, 我们就可以每一次在常数时计算上述的sum了。

另外我们有如下的观察:

dir[i] + sum <———> 0 + 奇数, 为奇数, 表示还需要反转一次(原方向就是朝前的了, 已经进行奇数次反转, 变成了朝后)

dir[i] + sum <———> 0 + 偶数, 为偶数, 表示不用反转了

dir[i] + sum <———> 1 + 奇数, 为偶数, 表示不需要反转了, 原方向为1, 奇数次后为超前(即0)

dir[i] + sum <———> 0 + 奇数, 为奇数, 表示还需要反转一次, 原方向为0, 已经朝前了。

综上, 我们总结, 当dir[i] + sum 为奇数的时候, 就需要反转, 为偶数时, 就不需要反转了。

总的程序如下:

#include <iostream>#include <cstring> // for memset#include <cstdio>using namespace std;const int MAX_N = 5000 + 10;int N;int dir[MAX_N];int f[MAX_N];int calc(int K) { // 反转区间大小memset(f, 0, sizeof(f));int res = 0; // 记录反转次数int sum = 0; // f[i]记录区间大小为K, 从i开始的和for(int i = 0; i + K <= N; i++) { // i = 0, 表示最左边的那头牛// 计算区间[i, i + K – 1]if((dir[i] + sum) % 2 != 0) { // 为奇数res++;f[i] = 1;}sum += f[i];if(i – K + 1 >= 0) {sum -= f[i – K + 1];}}// 检查最后面的情况(K- 1)头牛for(int i = N – K + 1; i < N; i++) {if((dir[i] + sum) % 2 != 0) {// 无解return -1;}if(i – K + 1 >= 0) {sum -= f[i – K + 1];}}return res;}int main() {freopen("input.txt", "r", stdin);freopen("output.txt", "w", stdout);while(scanf("%d", &N) != EOF) {//cout << N << endl;for(int i = 0; i < N; i++) {scanf("%d", &dir[i]);//cout << dir[i] << endl;}int K = 1;int M = N;for(int k = 1; k <= N; k++) {int m = calc(k);if(m >= 0 && M > m) {M = m;K = k;}}printf("%d %d \n", K, M);}}输入文件input.txt:71 1 0 1 0 1 1

编译运行后, 输出文件如下output.txt:

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理想的路总是为有信心的人预备着

反转(开关)问题(Face the right way POJ NO.3276)

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