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Dag

docs/dp/dag.md

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Original Source

定义

DAG 即 有向无环图,一些实际问题中的二元关系都可使用 DAG 来建模,从而将这些问题转化为 DAG 上的最长(短)路问题.

解释

以这道题为例子,来分析一下 DAG 建模的过程.

???+ note "例题 UVa 437 巴比伦塔 The Tower of Babylon" 有 $n (n\leqslant 30)$ 种砖块,已知三条边长,每种都有无穷多个.要求选一些立方体摞成一根尽量高的柱子(每个砖块可以自行选择一条边作为高),使得每个砖块的底面长宽分别严格小于它下方砖块的底面长宽,求塔的最大高度.

过程

建立 DAG

由于每个砖块的底面长宽分别严格小于它下方砖块的底面长宽,因此不难将这样一种关系作为建图的依据,而本题也就转化为最长路问题.

也就是说如果砖块 $j$ 能放在砖块 $i$ 上,那么 $i$ 和 $j$ 之间存在一条边 $(i, j)$,且边权就是砖块 $j$ 所选取的高.

本题的另一个问题在于每个砖块的高有三种选法,怎样建图更合适呢?

不妨将每个砖块拆解为三种堆叠方式,即将一个砖块分解为三个砖块,每一个拆解得到的砖块都选取不同的高.

初始的起点是大地,大地的底面是无穷大的,则大地可达任意砖块,当然我们写程序时不必特意写上无穷大.

假设有两个砖块,三条边分别为 $31, 41, 59$ 和 $33, 83, 27$,那么整张 DAG 应该如下图所示.

图中蓝色实线框所表示的是一个砖块拆解得到的一组砖块,之所以用 ${}$ 表示底面边长,是因为砖块一旦选取了高,底面边长就是无序的.

图中黄色虚线框表示的是重复计算部分,可以采用 记忆化搜索 的方法来避免重复计算.

转移

题目要求的是塔的最大高度,已经转化为最长路问题,其起点上文已指出是大地,那么终点呢?显然终点已经自然确定,那就是某砖块上不能再搭别的砖块的时候.

下面我们开始考虑转移方程.

设 $d(i,r)$ 表示第 $i$ 块砖块在最下面,且采取第 $r$ 种堆叠方式时的最大高度.那么有如下转移方程:

$$ d(i, r) = \max\left{d(j, r') + h\right} $$

其中 $j$ 是所有那些在砖块 $i$ 以 $r$ 方式堆叠时可放上的砖块,$r'$ 对应 $j$ 此时的摆放方式,$h$ 对应砖块 $i$ 采用第 $r$ 种堆叠方式时的高度.

??? note "实现" cpp --8<-- "docs/dp/code/dag/dag_1.cpp"