数位DP入门+数位DP模板

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数位dp是一种计数用的dp,一般就是要统计一个区间[le,ri]内满足一些条件数的个数。所谓数位dp,字面意思就是在数位上进行dp咯。数位还算是比较好听的名字,数位的含义:一个数有个位、十位、百位、千位……数的每一位就是数位啦!

之所以要引入数位的概念完全就是为了dp。数位dp的实质就是换一种暴力枚举的方式,使得新的枚举方式满足dp的性质,然后记忆化就可以了。

两种不同的枚举:对于一个求区间[le,ri]满足条件数的个数,最简单的暴力如下:


[cpp]


view plain


copy



  1. for

    (

    int

    i=le;i<=ri;i++)


  2. if

    (right(i)) ans++;



然而这样枚举不方便记忆化,或者说根本无状态可言。

新的枚举:控制上界枚举,从最高位开始往下枚举,例如:ri=213,那么我们从百位开始枚举:百位可能的情况有0,1,2(觉得这里枚举0有问题的继续看)

然后每一位枚举都不能让枚举的这个数超过上界213(下界就是0或者1,这个次要),当百位枚举了1,那么十位枚举就是从0到9,因为百位1已经比上界2小了,后面数位枚举什么都不可能超过上界。所以问题就在于:当高位枚举刚好达到上界是,那么紧接着的一位枚举就有上界限制了。具体的这里如果百位枚举了2,那么十位的枚举情况就是0到1,如果前两位枚举了21,最后一位之是0到3(

这一点正好对于代码模板里的一个变量limit 专门用来判断枚举范围

)。最后一个问题:最高位枚举0:百位枚举0,相当于此时我枚举的这个数最多是两位数,如果十位继续枚举0,那么我枚举的就是以为数咯,因为我们要枚举的是小于等于ri的所以数,当然不能少了位数比ri小的咯!(

这样枚举是为了无遗漏的枚举,不过可能会带来一个问题,就是前导零的问题,模板里用lead变量表示,不过这个不是每个题目都是会有影响的,可能前导零不会影响我们计数,具体要看题目

)

由于这种新的枚举只控制了上界所以我们的Main函数总是这样:


[cpp]


view plain


copy



  1. int

    main()

  2. {


  3. long


    long

    le,ri;


  4. while

    (~scanf(

    “%lld%lld”

    ,&le,&ri))

  5. printf(

    “%lld\n”

    ,solve(ri)-solve(le-1));

  6. }


w_w 是吧!统计[1,ri]数量和[1,le-1],然后相减就是区间[le,ri]的数量了,这里我写的下界是1,其实0也行,反正相减后就没了,注意题目中le的范围都是大于等于1的(不然le=0,再减一就G_G了)

在讲例题之前先讲个基本的动态模板(先看后面的例题也行):dp思想,枚举到当前位置pos,状态为state(这个就是根据题目来的,可能很多,毕竟dp千变万化)的数量(既然是计数,dp值显然是保存满足条件数的个数)


[cpp]


view plain


copy



  1. typedef


    long


    long

    ll;


  2. int

    a[20];

  3. ll dp[20][state];

    //不同题目状态不同


  4. ll dfs(

    int

    pos,

    /*state变量*/

    ,

    bool

    lead

    /*前导零*/

    ,

    bool

    limit

    /*数位上界变量*/

    )

    //不是每个题都要判断前导零


  5. {


  6. //递归边界,既然是按位枚举,最低位是0,那么pos==-1说明这个数我枚举完了



  7. if

    (pos==-1)

    return

    1;

    /*这里一般返回1,表示你枚举的这个数是合法的,那么这里就需要你在枚举时必须每一位都要满足题目条件,也就是说当前枚举到pos位,一定要保证前面已经枚举的数位是合法的。不过具体题目不同或者写法不同的话不一定要返回1 */



  8. //第二个就是记忆化(在此前可能不同题目还能有一些剪枝)



  9. if

    (!limit && !lead && dp[pos][state]!=-1)

    return

    dp[pos][state];


  10. /*常规写法都是在没有限制的条件记忆化,这里与下面记录状态是对应,具体为什么是有条件的记忆化后面会讲*/



  11. int

    up=limit?a[pos]:9;

    //根据limit判断枚举的上界up;这个的例子前面用213讲过了


  12. ll ans=0;


  13. //开始计数



  14. for

    (

    int

    i=0;i<=up;i++)

    //枚举,然后把不同情况的个数加到ans就可以了


  15. {


  16. if

    () …


  17. else


    if

    ()…

  18. ans+=dfs(pos-1,

    /*状态转移*/

    ,lead && i==0,limit && i==a[pos])

    //最后两个变量传参都是这样写的



  19. /*这里还算比较灵活,不过做几个题就觉得这里也是套路了



  20. 大概就是说,我当前数位枚举的数是i,然后根据题目的约束条件分类讨论



  21. 去计算不同情况下的个数,还有要根据state变量来保证i的合法性,比如题目



  22. 要求数位上不能有62连续出现,那么就是state就是要保存前一位pre,然后分类,



  23. 前一位如果是6那么这意味就不能是2,这里一定要保存枚举的这个数是合法*/


  24. }


  25. //计算完,记录状态



  26. if

    (!limit && !lead) dp[pos][state]=ans;


  27. /*这里对应上面的记忆化,在一定条件下时记录,保证一致性,当然如果约束条件不需要考虑lead,这里就是lead就完全不用考虑了*/



  28. return

    ans;

  29. }

  30. ll solve(ll x)

  31. {


  32. int

    pos=0;


  33. while

    (x)

    //把数位都分解出来


  34. {

  35. a[pos++]=x%10;

    //个人老是喜欢编号为[0,pos),看不惯的就按自己习惯来,反正注意数位边界就行


  36. x/=10;

  37. }


  38. return

    dfs(pos-1

    /*从最高位开始枚举*/

    ,

    /*一系列状态 */

    ,

    true

    ,

    true

    );

    //刚开始最高位都是有限制并且有前导零的,显然比最高位还要高的一位视为0嘛


  39. }


  40. int

    main()

  41. {

  42. ll le,ri;


  43. while

    (~scanf(

    “%lld%lld”

    ,&le,&ri))

  44. {


  45. //初始化dp数组为-1,这里还有更加优美的优化,后面讲


  46. printf(

    “%lld\n”

    ,solve(ri)-solve(le-1));

  47. }

  48. }


例题



【HDU2089】不要六二

中文题面,题意很好理解,这里不再赘述

这是数位DP的入门题,可以好好理解数位DP的原理和基本框架,上面这个模板很详细,可以解决一般的数位DP问题,这题很简单,直接上代码了:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <cstring>
#include <map>

using namespace std;

typedef long long ll;
int a[20];
ll dp[20][2];
ll dfs(int pos, int pre, int state, bool limit)//不是每个题都要判断前导零
{
    if(pos==-1) return 1;
    if(!limit && dp[pos][state]!=-1) return dp[pos][state];
    int up=limit?a[pos]:9;
    ll ans=0;

    for(int i=0;i<=up;i++)
    {
        if(i == 4) continue;
        else if(pre == 6 && i == 2) continue;
        ans+=dfs(pos-1, i, i == 6 ? 1 : 0, limit && i==a[pos]);
    }

    if(!limit) dp[pos][state]=ans;
    return ans;
}
ll solve(ll x)
{
    int pos=0;
    while(x)
    {
        a[pos++]=x%10;
        x/=10;
    }
    return dfs(pos - 1, 0, 0, true);
}
int main()
{
    ll le,ri;
    while(~scanf("%lld%lld",&le,&ri) && (le || ri))
    {
        memset(dp, -1, sizeof(dp));
        printf("%lld\n",solve(ri)-solve(le-1));
    }
    return 0;
}


【HDU6148】Valley Number

这也是一道中文题,题意很好懂就是数字从左到右看不要有先递增后递减的情况即可

这道题只要修改一下上面的模板就可以了,数位DP题的关键在于如何分析下一个数字的情况

ll dfs(int pos, int pre, int turn, bool limit, bool invalid)
//这条语句中pos是要DP的位置,pre,turn,limit,invalid...这些都是前提条件,或者
//说是之前位置上确定一些数之后的状态,而这个dfs要进行的就是在这个状态下继续
//确定下一位的数字

同样直接看代码吧,这种题关键在于你要理解如何确定每一位数字的过程

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <cstring>
#include <map>

using namespace std;

typedef long long ll;
const ll M = 1e9 + 7;

int a[105];
ll dp[105][10][3];
ll dfs(int pos, int pre, int turn, bool limit, bool invalid)//turn:0不清楚,1下降,2上升
{
    if(pos==-1) return invalid ? 0 : 1;
    if(!limit && dp[pos][pre][turn]!=-1) return dp[pos][pre][turn];
    int up=limit?a[pos]:9;
    ll ans=0LL;

    for(int i=0;i<=up;i++)
    {
        if(turn == 2 && i < pre) continue;
        int p = 0;
        if(i == pre) p = turn;
        else if(i < pre) p = 1;
        else p = 2;
        if(invalid) p = 0;
        ans+=dfs(pos-1, i, p, limit && i==a[pos], invalid && i == 0);
        ans %= M;
    }
    ans %= M;
    if(!limit) dp[pos][pre][turn]=ans;
    return ans;
}
char str[105];
int main()
{
    int CASE;
    scanf("%d", &CASE);
    while(CASE--)
    {
        memset(dp, -1, sizeof(dp));
        scanf("%s", str);
        int len = strlen(str);
        for(int i = 0; i < len; ++i)
            a[i] = str[len - 1 - i] - '0';
        printf("%lld\n", dfs(len-1, 0, 0, true, true));
    }
    return 0;
}


这就是数位DP的入门了,之后继续学习数位DP更美妙的高级艺术吧!

参考资料:

http://blog.csdn.net/wust_zzwh/article/details/52100392