[ARC117E] Zero-Sum Ranges 2题解

题解

前言

个人认为官方题解写得最为详细、干净、清楚,如果有意向阅读外文版的题解的话,还是推荐去读一读:

Editorial - AtCoder Regular Contest 117

本文属于转载(?),有一些自己的思考过程,希望有帮助。

题意

有多少个长度为 $2N$ 的序列 $A$ 满足:

  • 序列$A$ 包含 $N$ 个 $+1$ 和 $N$ 个 $-1$。
  • 刚好有 $K$ 对下标 $l,r(1\leq l<r\leq 2N)$,满足 $\sum\limits_{i=l}^{r} = 0$,我们把形如 $[l,r]$ 这样的区间称为“零和区间”。

给出 $N,K$,求满足条件的序列个数。

$1\leq N\leq 30,1\leq K\leq N^2$。

分析

Part 1

我们考虑用最暴力的做法,那就是二进制枚举 $A$ 的状态。然后枚举 $l,r$ 采用前缀和相减判断是否为零和区间。

时间复杂度:$O(2^n)$,预计:34 pts。

Part 2

显然 Part 1 的做法超时,那我们能不能得到一些启发呢?

显然是前缀和。

我们期望得到的是 $sum_r-sum_{l-1}=0$,实际上,我们也就是想得到 $sum_r=sum_{l-1}$。由于原数组为 $\pm 1$,所以当我们把前缀和数组看做是关于 $i$ 的函数 $sum_i$ 的话,得到的图像,必定是每一段都为 45° 的折线图。而起点与终点都将是 $0$。

我们可以想象一条 $y=k$ 的一条横线从上往下扫。我们就可以分别考虑放置所有二维平面上的点了。

我们发现两个相等且“相邻”的元素之前是可以放下一个或多个更小的元素的。“相邻”怎么解释?“相邻”代表着当只考虑当前的元素 $y$ 与大于 $y$ 的元素时,如果两个元素 $y$ 之间没有再多一个元素 时,则称之为“相邻”。我们把“相邻”的元素之间的空隙,称之为“洞”。

如果考虑到当前这个“洞”(下文不再加括号),我们先考虑当前要放的元素都是相同的值。

那就可以自然地想到采用 dp。

设 $f[x][y][z]$ 表示放了 $x$ 个元素,得到了 $y$ 个零和区间,还有 $z$ 个洞的方案数。

如何转移?设当前放进洞里的元素数量为 $p$,则转移方程为:

$$ f[x][y][z]\to f[x+p][y+C_p^2][p-(z+2)] $$ $$\Downarrow$$ $$ f[x][y][z]\to f[x+p][y+\frac{p\times(p-1)}{2}][p-(z+2)] $$

为什么剩下的洞的数量是 $p-(z+2)$ 呢?因为原来有 $z$ 个洞,每个洞需要放一个元素,同时最左边与最右边又需要各放一个元素,就共放了 $z+2$ 个元素。

在此基础上,每多放一个元素,就可以多增加一个洞。自然就是 $p-(z+2)$。

值得一提的是,上式并没有采用等号连接,因为方程还需要再乘上一个 $C_{p-1}^{z+1}$(读者自证)。所以方程应该是这样:

设 $x’=x+p,y’=y+\frac{p(p-1)}{2},z’=p-(z+2)$,则

$$ f[x'][y'][z']=\sum\limits_{x,y,z} f[x][y][z]\times C_{p-1}^{z+1} $$

最后答案需要记录 $x$ 轴上、下方的贡献,总共就是

$$ ans=\sum\limits_{x,y,z} f[x][y][z]\times f[2n-x][k-y][z-1] $$

至于为什么是 $z-1$ 呢?这个显然,请读者联系一下上图思考。(提示,$x$ 轴下方可以翻转过来相似地考虑。)

到这里就结束了,可以开码了。

时空复杂度:$O(n^5)$,预计:100 pts。

代码

马蜂有点抽象,将就看看吧(

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#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

#define int long long

const int MAXN = 60 + 5, MAXM = 1800 + 5;

int n, m;
int f[MAXN][MAXM][MAXN];
int ans;
int c[2 * MAXN + 5][2 * MAXN + 5];

signed main() {
    scanf("%lld%lld", &n, &m);

    for (int i = 0; i <= 2 * n; i++) {
        c[i][0] = 1;
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            if (j != i)
                c[i][j] += c[i - 1][j];
            c[i][j] += c[i - 1][j - 1];
        }
    }

    for (int i = 1; i <= n + 1 && i * (i - 1) / 2 <= m; i++) f[i][i * (i - 1) / 2][i - 1] = 1;

    for (int i = 1; i <= 2 * n + 1; i++) {
        for (int j = 0; j <= m; j++) {
            for (int k = 0; k <= n; k++) {
                if (f[i][j][k] == 0)
                    continue;
                for (int p = k + 2; i + p <= 2 * n + 1 && p <= n + 1; p++) {
                    if (j + p * (p - 1) / 2 > m)
                        break;
                    f[i + p][j + p * (p - 1) / 2][p - (k + 2)] += f[i][j][k] * c[p - 1][k + 1];
                }
            }
        }
    }

    ans = f[2 * n + 1][m][0];
    for (int i = 0; i <= 2 * n + 1; i++) {
        for (int j = 0; j <= m; j++) {
            for (int k = 1; k <= n; k++) {
                ans += f[i][j][k] * f[2 * n + 1 - i][m - j][k - 1];
            }
        }
    }

    printf("%lld\n", ans);

    return 0;
}