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DP之书架

news 来源：原创 2025/4/27 13:13:12

现按一定顺序给出所有要放置于书架上的书，共有 n 本，第 i 本书有一个长度 hi。

书架有若干层，层与层之间的宽度不一定相等，但是一层的宽度不能小于其上所摆放的任何一本书的长度。同时，每层上的书的长度之和不能超过一个给定的参数 m，且任何层上的书必须是给出的书的序列中连续的几本。

书架的宽度是所有层的宽度之和，求书架的最小宽度。

输入格式

输入的第一行包含两个整数 n 和 m。

第 2 到第 (n+1) 行，每行一个整数，第 (i+1) 行的整数代表第 i 本书的长度 hi。

输出格式

输出一行一个整数表示答案。

输入输出样例

输入 #1复制

输出 #1复制

5思路：

设dp[i]表示1~i放到书架上的最小代价，

则dp[i]=min{0<j<=i&&sum[i]-sum[j-1]<=m | max{j<=k<=i|height[k]}+dp[j-1]} 显然这个dp是O(n^2)的，一定会超时，于是思考优化。

考虑数据结构：需要能直接读出dp[i]的值，但是由于最大值会随时变动，我们要想办法维护最大值。

注意到每个数字只会对它前面的值的最大值造成影响，于是可以使用单调栈统计每个数最左端可以延伸到哪里，也就是说最多能到哪里使得所有数字都不大于它。

有了单调栈预处理出的延伸值，我们可以使用线段树维护dp。

假设当前计算到i，则每个叶子节点j表示max{j<k<=i|height[k]+dp[j]}，考虑如何更新。

更新有两种，一种是更新叶子节点的dp值，一种是把区间[a,b]的最大值更新为t，也就是把[a,b]全部置为t。

于是，每个节点维护三个值：

1.lazy，标记[a,b]置为t的操作

2.res，如果是叶子节点就是max{j<k<=i|height[k]+dp[j]}，否则就表示所有儿子节点中上述值最小的那个

3.mn，如果是叶子节点就表示叶子节点对应的dp值，否则就表示所有儿子节点中dp值的最小值

于是线段树就可以投入使用了，

对于第一种更新，直接自下而上更新一遍mn值即可；

对于第二种更新，自上而下pushdown，根据dp的递推公式可知res[i]=mn[i]+lazy[i]。

具体如何操作呢？

单调栈预处理之后，由于有dp[0]=0，因此update1(0,0)（表示在0位置将dp值设为0）

然后对于每个i，记单调栈延伸值为k，满足sum[i]-sum[j]<=m的最小的j记为a，

首先update2(k,i,height[i])（表示将区间[k,i)的最大值置为height[i]，注意区间左闭右开！）

然后直接dp[i]=query(a,i)（表示查询区间[a,i)中res的最小值）

最后再update1(i,dp[i])，也就是把i位置的dp值设置一遍。

综上所述，单调栈预处理O(n)，线段树O(nlogn)，因此总复杂度O(nlogn)
代码：

#include <bits/stdc++.h>
#define INF 0x3f3f3f3f
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn = 100005, maxt = 262144;
int dp[maxn], high[maxn], sta[maxn], sum[maxn], n, m;
int lazy[maxt], mn[maxt], res[maxt], tn;
inline void pushup(int x){int ls = x * 2 + 1, rs = x * 2 + 2;mn[x] = min(mn[ls], mn[rs]);if(lazy[x] != 0) res[x] = mn[x] + lazy[x];else res[x] = min(res[ls], res[rs]);
}
inline void pushdown(int x){if(!lazy[x]) return;int ls = x * 2 + 1, rs = x * 2 + 2;lazy[ls] = lazy[rs] = lazy[x]; lazy[x] = 0;res[ls] = lazy[ls] + mn[ls];res[rs] = lazy[rs] + mn[rs];
}
void update1(int x, int s){x += tn - 1;mn[x] = s;while(x > 0){x = (x - 1) / 2;mn[x] = min(mn[x], s);}
}
void update2(int a, int b, int x, int l = 0, int r = tn, int k = 0){if(a >= r || b <= l) return;if(a <= l && b >= r){lazy[k] = x;res[k] = x + mn[k];return;}pushdown(k);update2(a, b, x, l, (l + r) / 2, k * 2 + 1);update2(a, b, x, (l + r) / 2, r, k * 2 + 2);pushup(k);
}
int query(int a, int b, int l = 0, int r = tn, int k = 0){if(a >= r || b <= l) return INF;if(a <= l && b >= r) return res[k];pushdown(k);return min(query(a, b, l, (l + r) / 2, k * 2 + 1),query(a, b, (l + r) / 2, r, k * 2 + 2));
}
int main(){scanf("%d%d", &n, &m);for(tn = 1; tn <= n; tn <<= 1);memset(mn, 0x3f, sizeof(mn));memset(res, 0x3f, sizeof(res));update1(0, 0);for(int i = 1, tp = 0, j = 0; i <= n; i++){scanf("%d", high + i);sum[i] = high[i] + sum[i - 1];while(tp > 0 && high[sta[tp - 1]] <= high[i]) tp--;while(sum[i] - sum[j] > m) j++;int lm = max(j, !tp ? 0 : sta[tp - 1]);sta[tp++] = i;update2(lm, i, high[i]);dp[i] = query(j, i);update1(i, dp[i]);}printf("%d", dp[n]);return 0;
}

AC截图：