记09年北大ACM校内赛

    大学生活混起来很快,不知不觉又是一年过去了。去年5月10日的ACM校内赛给我留下了许多美好的回忆,因此今年我主动去报了名(上次是被人给拖去的)。今年有点装怪,题目数量不变,但时间缩短为4个小时。原计划是从8:00做到12:00,结果可能是因为我们所在的7号机房迟迟没有开门,时间临时改成了8:15到12:15。总的来说,今年的题目比去年要糟糕得多,但也不乏一些精彩的题目。

    和去年一样,第一题依旧是所有题目中最科学的一道。题目给定一个不超过2000*2000的网格,你在最左下角的位置(即(0,0)点),你的目的地在(x,y)。要求你的路线不得经过同一个交叉点两次,且不允许左转(题目背景让这个条件顺理成章:街道靠右行,左转不方便),问合法的路线共有多少种。题目难点就是你不一定要走最近的路,完全允许你绕上一大圈;这破坏了有序性,很难构造出递推公式或动态规划模型。稍微画一下图,我们发现了一些显然但很有启发性的规律:每一次右转后,你左手边方向的所有区域都不能再走了,这很可能产生出规模更小的子问题来。另外,所有合法路线必然是有如螺旋线一样的一圈一圈绕着终点走,这种隐藏的有序性也为动态规划提供了可能。但顺着这个思路想下去屡屡碰壁,我猜不少队伍都卡在这儿了吧。

 

    后来我完全打翻前面的全部思路,猛然想到了一个具有决定意义的想法:街道的选取唯一地决定了整个路线。例如,假设我想计算转弯恰好11次的路线有多少条。这样的路线一定含有三条向上走的路、三条向右走的路、三条向下走的路和三条向左走的路。除去第一条路和最后一条路的位置都是确定的,其它的路选在哪一行或者哪一列唯一地决定了整个路线。因此,我们可以用排列组合直接计算出答案来。向上走的路是五选二,向右走的路是七选三,向下走的路是四选三,向左走的路是三选二。把它们各自的选取方案数乘起来就得到了拐弯11次的合法路径。于是,计算所有的路线数只需要从小到大枚举拐弯的次数,每一次计算都是常数的,总复杂度是O(n)的;整个算法的瓶颈反倒是O(n^2)的组合数预处理,不过这个复杂度完全可以承受。

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记08年北大ACM选拔赛

    早晨7:40的闹铃。到36楼下面见到了我的两个队友后,随便吃了点东西就出发了。
    计算中心门前特别热闹,N多人围在一张大桌子前,好像是在签到。我挤进去找了半天发现没我的名字,名单上全是信科的人。我抬头问,中文的在哪儿呢。一个美女姐姐用手指了远处的一个几乎没人的地方说“中文的在那边”,并说了一句“哇,中文的呀,太牛B了”。我顺着她手指的方向望过去,另一张小桌子前面贴了“中文”二字,桌子后面没有人,估计是交给了旁边负责数院和元培的人,让他们顺便管一下。从我目前所了解的情况来看,那张桌子应该是特别为我准备的,它在历史上很可能是第一次出现。

      
    第四题是做得最顺利的一道题。我把所有题粗略看了一遍后,首先决定就想这道题。题目描述巨简单,就是问你沿对角线把一个正n边形剖分成三角形和四边形有多少种方法。上图显示了n=5时所有的10种方法。熟悉组合数学的人都知道,三角形剖分方案对应的是Catalan数列,其递推公式的推导相当经典。设C(n)表示凸n+2边形的剖分方案数,枚举底边和哪一个点相连(下图左),容易看出C(n) = C(0)*C(n-1) + C(1)*C(n-2) + … + C(n-1)*C(0)。
    
    现在,如果剖分中允许有四边形的出现,又该怎么办呢?看看数据规模n≤5000,估计应该是叫我们寻找类似的递推公式。容易想到,我们可以枚举底边与哪一个点相连构成三角形,统计出底边属于某个三角形的剖分方案T(n)=ΣC(i)C(j), i+j=n-1;再枚举底边和哪两个点相连构成四边形,统计底边在一个四边形上的剖分数Q(n)=ΣC(i)C(j)C(k), i+j+k=n-2。但是,枚举四边形需要O(n^2)的时间,这样的话整个程序就是O(n^3)的了,n=5000绝对超时。那怎么办呢?两分钟后,我想到了一个具有决定意义的点子:计算Q(n)可以直接利用以前算过的T(i)。枚举四边形的两个顶点时,固定四边形的左边那个顶点,你会惊奇地发现右半部分的所有情况加起来正好就是一个T(i) (上图右)。因此,ΣC(i)T(n-i-1)就是我们所需要的Q(n)。
    一个有趣的细节是,这道题要求选手输出结果除以2^64的余数,不知道会不会有人想不到这个该怎么处理;事实上只需要直接用64位无符号类型来运算就可以了,超界了后计算机储存的本来就已经是2^64的余数了。

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