岩石怪物杜达生活在魔法森林中,他在午餐时收集了 $N$ 块能量石准备开吃。
由于他的嘴很小,所以一次只能吃一块能量石。
能量石很硬,吃完需要花不少时间。
吃完第 $i$ 块能量石需要花费的时间为 $S_i$ 秒。
杜达靠吃能量石来获取能量。
不同的能量石包含的能量可能不同。
此外,能量石会随着时间流逝逐渐失去能量。
第 $i$ 块能量石最初包含 $E_i$ 单位的能量,并且每秒将失去 $L_i$ 单位的能量。
当杜达开始吃一块能量石时,他就会立即获得该能量石所含的全部能量(无论实际吃完该石头需要多少时间)。
能量石中包含的能量最多降低至 $0$。
请问杜达通过吃能量石可以获得的最大能量是多少?
第一行包含整数 $T$,表示共有 $T$ 组测试数据。
每组数据第一行包含整数 $N$,表示能量石的数量。
接下来 $N$ 行,每行包含三个整数 $S_i,E_i,L_i$。
每组数据输出一个结果,每个结果占一行。
结果表示为 Case #x: y ,其中 $x$ 是组别编号(从 $1$ 开始),$y$ 是可以获得的最大能量值。
$1 \leq T \leq 10$,
$1 \leq N \leq 100$,
$1 \leq S_i \leq 100$,
$1 \leq E_i \leq {10}^5$,
$0 \leq L_i \leq {10}^5$
3 4 20 10 1 5 30 5 100 30 1 5 80 60 3 10 4 1000 10 3 1000 10 8 1000 2 12 300 50 5 200 0
Case #1: 105 Case #2: 8 Case #3: 500
在样例#1中,有 $N=4$ 个宝石。杜达可以选择的一个吃石头顺序是:
他一共获得了 $105$ 单位的能量,这是能获得的最大值,所以答案是 $105$。
在样本案例#2中,有 $N=3$ 个宝石。
无论杜达选择吃哪块石头,剩下的两个石头的能量都会耗光。
所以他应该吃第三块石头,给他提供 $8$ 单位的能量。
在样本案例#3中,有 $N=2$ 个宝石。杜达可以:
所以答案是 $500$。
对于所有吃能量石的方案的集合,我们要考虑选择吃哪些能量石与按照什么样的顺序吃这些能量石,使得得到的能量最大。对这两个选择的不同组合可以得到所有的方案。因为是两种不同的选择,因此会想到能不能只考虑一种选择。这里先通过贪心来得到最佳的吃能量石顺序,贪心的思路与耍杂技的牛相似,证明最优解一定在某种特定顺序的方案中选择。然后我们考虑的集合就会缩小,并且最优解一定会在这个特定顺序的所有方案的集合中。然后再用01背包去求最大能量。
对于任意方案的相邻两个能量石,在吃第$i$个能量石的时刻,第$i$个能量石剩余的能量为${E_{i}}'$,第$i+1$个能量石剩余的能量为${E_{i+1}}'$。因此吃这两个能量石能够获得的能量为${E_{i}}' + {E_{i+1}}' - S_{i} \times L_{i+1}$。现在我们交换这两个能量石的顺序,那么在这个方案中除了这两个,其他能量石所能获得能量不变。而改变位置后,这两个能量石能获得的能量为${E_{i}}' + {E_{i+1}}' - S_{i+1} \times L_{i}$。对比${E_{i}}' + {E_{i+1}}' - S_{i} \times L_{i+1}$和${E_{i}}' + {E_{i+1}}' - S_{i+1} \times L_{i}$可以发现,当$S_{i} \times L_{i+1} < S_{i+1} \times L_{i}$,即$\frac{S_i}{L_i} < \frac{S_{i+1}}{L_{i+1}}$,第一种顺序所能获得的能量最大,反之是第二种。因此对于任意一个方案中,如果发现相邻两个能量石满足$\frac{S_i}{L_i} > \frac{S_{i+1}}{L_{i+1}}$,那么就交换这两个能量石的位置,获得的能量一定不会变小。因此最优的吃能量石的顺序是按照$\frac{S_i}{L_i}$递增的顺序,我们只考虑满足这种顺序的方案,且其他顺序的方案一定不会优于这种方案。
剩下的就是在这个特定顺序下,选择哪些能量石可以获得最大能量,这个问题就是01背包问题,其中体积对应时间。定义状态$f(i,j)$为在前$i$个能量石中选,且消耗总时间恰好为$j$的所有方案所能获得的最大能量。状态转移方程为$$f(i,j) = max \{ {f(i-1,j),~ f(i-1,j - s_{i}) + e_{i} - l_{i} \times (j - s_{i})} \}$$
因此解题步骤是先按照$\frac{S_i}{L_i} < \frac{S_{i+1}}{L_{i+1}}$从小到大排序,然后对排好序的序列进行01背包求解。
AC代码如下:
1 #include <bits/stdc++.h> 2 using namespace std; 3 4 const int N = 110, M = 1e4 + 10; 5 6 struct Node { 7 int s, e, l; 8 9 bool operator<(Node &t) { 10 return s * t.l < t.s * l; // s_{i} / l_{i} < s_{i+1} / l_{i+1} 11 } 12 }a[N]; 13 int f[M]; 14 15 int main() { 16 int tot; 17 scanf("%d", &tot); 18 for (int u = 1; u <= tot; u++) { 19 int n, m = 0; 20 scanf("%d", &n); 21 for (int i = 1; i <= n; i++) { 22 scanf("%d %d %d", &a[i].s, &a[i].e, &a[i].l); 23 m += a[i].s; // 把所有能量石所消耗的时间累加,m就是背包的体积容量 24 } 25 26 sort(a + 1, a + n + 1); 27 28 memset(f, -0x3f, sizeof(f)); 29 f[0] = 0; 30 for (int i = 1; i <= n; i++) { 31 for (int j = m; j >= a[i].s; j--) { 32 f[j] = max(f[j], f[j - a[i].s] + a[i].e - a[i].l * (j - a[i].s)); 33 } 34 } 35 36 int ret = 0; 37 for (int i = 0; i <= m; i++) { 38 ret = max(ret, f[i]); 39 } 40 printf("Case #%d: %d\n", u, ret); 41 } 42 43 return 0; 44 }
AcWing 734. 能量石(算法提高课):https://www.acwing.com/video/389/