• [atARC135D]Add to Square


    结论1:矩阵$B$能被得到当且仅当满足以下条件——

    1.$\forall i\ge 2,\sum_{j=1}^{W}(-1)^{i+j}A_{i,j}=\sum_{j=1}^{W}(-1)^{i+j}B_{i,j}$

    2.$\forall j\ge 2,\sum_{i=1}^{H}(-1)^{i+j}A_{i,j}=\sum_{i=1}^{H}(-1)^{i+j}B_{i,j}$

    必要性:每一次操作均不会改变上述值,因此显然成立

    充分性:按顺序依次操作使得$A_{i,j}=B_{i,j}$,最终剩下的值由必要性被唯一确定,必然相同

    将$A_{i,j}$和$B_{i,j}$均乘上$(-1)^{i+j}$,条件也即每行每列元素和相同

    记$x_{i}$为$A$和$B$第$i$行的元素和的差,$y_{j}$为$A$和$B$第$j$列的元素和的差(初始$B_{i,j}$均为0)

    考虑调整,将$B_{i,j}$增加$t$即使得$x_{i}$和$y_{j}$分别减小$t$并花费$|t|$的代价,最终要求$x_{i}$和$y_{j}$均为0

    结论2:上述问题的最小代价为$\max(\sum_{i=1}^{H}|x_{i}|,\sum_{j=1}^{W}|y_{j}|)$

    每花费$t$的代价最多使得上述两值分别减小$t$,而最多为0,因此最小代价为该值

    另一方面,考虑不断执行以下操作:

    1.若存在$x_{i}y_{j}>0$,选择此类$(i,j)$并将$B_{i,j}$增加$sign(x_{i})$(符号函数)

    2.若存在$x_{i}x_{j}<0$,不妨假设$x_{i}>0$,将$B_{i,1}$增加1$,B_{j,1}$减小1

    注意到$\sum_{i=1}^{H}x_{i}=\sum_{j=1}^{W}y_{j}$,因此均不存在当且仅当$x_{i}$和$y_{j}$均为0

    同时,若花费$t$的代价,总会使得$\max(\sum_{i=1}^{H}|x_{i}|,\sum_{j=1}^{W}|y_{j}|)$减小$t$

    综上,即得证

    关于如何取到最小值,参考证明中的构造即可(每一轮至少会使得一个数变为0)

    时间复杂度为$o(n^{2})$,可以通过

     1 #include<bits/stdc++.h>
     2 using namespace std;
     3 #define N 505
     4 #define ll long long
     5 vector<int>v1,v2;
     6 int n,m;
     7 ll ans,x[N],y[N],a[N][N];
     8 void upd(int i,int j,ll s){
     9     a[i][j]+=s,x[i]-=s,y[j]-=s;
    10 }
    11 int main(){
    12     scanf("%d%d",&n,&m);
    13     for(int i=1;i<=n;i++)
    14         for(int j=1;j<=m;j++){
    15             scanf("%lld",&a[i][j]);
    16             if ((i+j)&1)a[i][j]=-a[i][j];
    17             x[i]+=a[i][j],y[j]+=a[i][j];
    18         }
    19     memset(a,0,sizeof(a));
    20     while (1){
    21         int posi1=0,posi2=0,posj1=0,posj2=0;
    22         for(int i=1;i<=n;i++){
    23             if (x[i]>0)posi1=i;
    24             if (x[i]<0)posi2=i;
    25         }
    26         for(int j=1;j<=m;j++){
    27             if (y[j]>0)posj1=j;
    28             if (y[j]<0)posj2=j;
    29         }
    30         if ((posi1)&&(posj1)){
    31             upd(posi1,posj1,min(x[posi1],y[posj1]));
    32             continue;
    33         }
    34         if ((posi2)&&(posj2)){
    35             upd(posi2,posj2,max(x[posi2],y[posj2]));
    36             continue;
    37         }
    38         if ((posi1)&&(posi2)){
    39             ll s=min(x[posi1],-x[posi2]);
    40             upd(posi1,1,s),upd(posi2,1,-s);
    41             continue;
    42         }
    43         if ((posj1)&&(posj2)){
    44             ll s=min(y[posj1],-y[posj2]);
    45             upd(1,posj1,s),upd(1,posj2,-s);
    46             continue;
    47         }
    48         break;
    49     }
    50     for(int i=1;i<=n;i++)
    51         for(int j=1;j<=m;j++){
    52             if ((i+j)&1)a[i][j]=-a[i][j];
    53             ans+=abs(a[i][j]);
    54         }
    55     printf("%lld\n",ans);
    56     for(int i=1;i<=n;i++){
    57         for(int j=1;j<=m;j++)printf("%lld ",a[i][j]);
    58         printf("\n");
    59     }
    60     return 0;
    61 } 
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