LeetCode 1349. 参加考试的最大学生数,状压DP

一、题目

1、题目描述

给你一个 m * n 的矩阵 seats 表示教室中的座位分布。如果座位是坏的（不可用），就用 '#' 表示；否则，用 '.' 表示。

学生可以看到左侧、右侧、左上、右上这四个方向上紧邻他的学生的答卷，但是看不到直接坐在他前面或者后面的学生的答卷。请你计算并返回该考场可以容纳的同时参加考试且无法作弊的最大学生人数。

学生必须坐在状况良好的座位上。

2、接口描述

class Solution {
public:
    int maxStudents(vector<vector<char>>& seats) {

    }
};

3、原题链接

1349. 参加考试的最大学生数

二、解题报告

1、思路分析

对于这种网格图上的合法位置问题很容易联想到状压DP。

根据题目规则，按行考虑，每一行的有效状态和当前行有关也跟上一行有关

状态设计

每一行的状态可以用一个二进制数字来保存，1代表有学生，0代表没有，那么我们定义f[i][j]为下标i行状态为j时最大学生数目

那么递推关系是怎样的呢？

状态转移

首先对于状态j而言，它必须是一个合法状态，他要满足当前行合法即j & (j >> 1) = 0，即无相邻1

那么对于上一行，状态不妨设为t，那么t & (j >> 1 | j << 1) = 0，我们有递推公式

f[i][j] = max(f[i][j] , f[i - 1][t] + num[j])，其中num[j]为状态j中1的个数

有了递推公式之后，其实还是有许多细节要处理的

预处理

根据传入参数，我们可以预处理出每行的座位状态（仍然是1代表有，0代表无），由于每行的有效状态是要从这个座位状态的子集里面挑的，座位状态可以用来枚举子集

状态初始化

我们可以初始化出第0行的所有状态下的最大学生数目，为社么呢？

对于第0行初始化显然问题就简化为了一行位置有若干位置可以坐人，要求不能两两相邻，求最大数目，我们直接贪心的取即可，从第一个空位置开始取，如果相邻也是空位置就跳过去，具体代码就是：

for(int i = 1 ; i < (1 << n) ; i++)
{
int lb = i&-i;
f[0][i] = f[0][i & ~(lb * 3)] + 1;
}

2、复杂度

时间复杂度：O(m*3^n) 空间复杂度：O(m*2^n)

3、代码详解

记忆化搜索版本

class Solution {
public:
int f[8][1<<8] , valid[8];
    int dfs(int x , int y){
        int& res = f[x][y];
        if(~res) return res;
        if(!x)
        {
            if(!y) return res = 0;
            int lb = y&-y;
            return res = dfs(x , (y & ~(lb*3))) + 1;
        }
        res = dfs(x - 1 , valid[x - 1]);
        for(int i = y ; i ; i = (i - 1) & y)
        {
            if(!(i & (i >> 1)))
            {
                int t = valid[x - 1] & ~((i << 1) | (i >> 1));
                res = max(res , dfs(x - 1, t) + __builtin_popcount(i));
            }
        }
        return res;
    }
    int maxStudents(vector<vector<char>>& seats) {
        int m = seats.size() , n = seats[0].size();
        memset(f , -1 , sizeof(f));
        memset(valid , 0 , sizeof(valid));
        for(int i = 0 ; i < m ; i++)
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
                if(seats[i][j] == '.') valid[i] |= (1 << j);
        return dfs(m - 1 , valid[m - 1]);
    }
};

递推版本

class Solution {
public:
int f[8][1<<8] , valid[8];
    int maxStudents(vector<vector<char>>& seats) {
        int m = seats.size() , n = seats[0].size();
        memset(f , 0 , sizeof(f));
        memset(valid , 0 , sizeof(valid));
        for(int i = 0 ; i < m ; i++)
            for(int j = 0 ; j < n ; j++)
                if(seats[i][j] == '.') valid[i] |= (1 << j);
        for(int i = 1 ; i < (1 << n) ; i++)
        {
            int lb = i&-i;
            f[0][i] = f[0][i & ~(lb * 3)] + 1;
        }
        for(int i = 1 ; i < m ; i++)
        {
            for(int j = valid[i] ; j ; j = (j - 1) & valid[i]){
                f[i][j] = f[i - 1][valid[i - 1]];
                for(int k = j ; k ; k = (k - 1) & j)
                {
                    if(!(k & (k >> 1))){
                        int t = valid[i - 1] & ~(k << 1 | k >> 1);
                        f[i][j] = max(f[i][j] , f[i - 1][t] + f[0][k]);
                    }
                }
            }
            f[i][0] = f[i - 1][valid[i - 1]];
        }
        return f[m - 1][valid[m - 1]];
    }
};