字数 3821 2025-12-19 12:39:16

好的,我已仔细核对历史列表。我们来看一个在“区间动态规划”领域非常重要且出现在你已列出的题目中的经典问题。


题目:多边形三角剖分的最低得分问题

题目描述:

给定一个凸多边形,其顶点按顺时针顺序标记为 A[0], A[1], ..., A[n-1]。这个多边形的 n 条边用顶点序列 (A[i], A[(i+1) % n]) 表示。

多边形的 三角剖分 是指通过不相交的对角线将多边形划分为 n-2 个三角形。三角剖分的 得分 定义为所有 n-2 个三角形的 “权重” 之和。每个三角形的权重是其三个顶点的乘积。

给定一个整数数组 values,其中 values[i] 是顶点 A[i] 的值。对于由顶点 A[i], A[j], A[k] 组成的三角形,其权重为 values[i] * values[j] * values[k]

你的任务是找出给定凸多边形进行三角剖分所能得到的 最低总分

示例 1:
输入:values = [1, 2, 3]
输出:6
解释:多边形已经是三角形,无需剖分,得分就是它自身的权重:1 * 2 * 3 = 6

示例 2:
输入:values = [3, 7, 4, 5]
输出:144
解释:有两种剖分方式。
方式1:连接对角线 (0, 2),得到三角形 (0, 1, 2) 和 (0, 2, 3)。得分 = 3*7*4 + 3*4*5 = 84 + 60 = 144
方式2:连接对角线 (1, 3),得到三角形 (0, 1, 3) 和 (1, 2, 3)。得分 = 3*7*5 + 7*4*5 = 105 + 140 = 245
所以最低得分是 144

示例 3:
输入:values = [1, 3, 1, 4, 1, 5]
输出:13
解释:一种最优剖分是连接对角线 (0, 2), (0, 4), (2, 4)。对应的三角形为 (0,1,2), (0,2,4), (2,3,4), (0,4,5)。得分计算后为13。


循序渐进解题过程

第一步:理解问题与建立直觉

  1. 凸多边形:意味着任意两点之间的连线都在多边形内部。这使得“不相交的对角线”的划分总是可行的,并且一个对角线会将多边形分成两个更小的凸多边形。
  2. 三角剖分:一个 n 边形,需要 n-3 条对角线才能形成 n-2 个三角形。
  3. 动态规划切入点:如果我们选择多边形的一条边 (i, j) 作为三角形的一条边,那么三角形的第三个顶点 k 必须在 ij 之间(按顶点顺序)。这个三角形 (i, k, j) 会将原多边形分成三部分:
    • 三角形 (i, k, j) 本身。
    • 子多边形 [i, i+1, ..., k](顶点数 ≥ 3)。
    • 子多边形 [k, k+1, ..., j](顶点数 ≥ 3)。
  4. 最优子结构:整个多边形的最优剖分,必然包含某个三角形 (i, k, j),且对于其划分出的两个子多边形,各自内部的剖分也必然是最优的。否则,我们可以用更优的子剖分替换掉原来的,从而得到更优的整体剖分。

第二步:定义状态

我们定义动态规划状态 dp[i][j]

  • 含义:表示从顶点 i 到顶点 j 按顺时针方向形成的 凸子多边形 进行三角剖分所能得到的最低得分。
  • 范围ij 是多边形的顶点索引。对于一个 n 边形,我们通常考虑 0 <= i < j < n。但为了形成有效的子多边形,顶点数必须至少为3,即 j - i >= 2
  • 初始状态:当子多边形只有两个顶点(即一条边,j - i == 1)时,无法形成三角形,其得分应为 0。当子多边形恰好是三角形(j - i == 2)时,无法再进行对角线划分,其得分就是这个三角形的权重 values[i] * values[i+1] * values[j]

第三步:推导状态转移方程

考虑子多边形 [i, i+1, ..., j]

  1. 如果 j - i < 2,它是边或点,dp[i][j] = 0
  2. 如果 j - i == 2,它是三角形,dp[i][j] = values[i] * values[i+1] * values[j]
  3. 如果 j - i > 2,它是一个边数大于3的凸多边形。我们需要找到它的最优剖分。
    • 关键思想:选择三角形的中间顶点 k
    • 我们选择顶点 k,其中 i < k < j。以边 (i, j) 为基础,连接 (i, k)(k, j),这样我们就用三角形 (i, k, j) 将这个子多边形划分成了三个部分:
      • 三角形 (i, k, j),其权重为 w(i, k, j) = values[i] * values[k] * values[j]
      • 左子多边形 [i, i+1, ..., k],其最优得分为 dp[i][k]
      • 右子多边形 [k, k+1, ..., j],其最优得分为 dp[k][j]
    • 那么,以 k 作为划分点的总得分就是:dp[i][k] + dp[k][j] + w(i, k, j)
    • 我们需要尝试所有可能的 k (i < k < j),取其中的最小值作为 dp[i][j] 的值。

因此,状态转移方程为:
对于 j - i >= 2
dp[i][j] = min( dp[i][k] + dp[k][j] + values[i] * values[k] * values[j] ),其中 ki+1 遍历到 j-1

特殊情况:当 j - i == 2 时,只有一个 k (即 i+1),且 dp[i][i+1]dp[i+1][j] 都为0,方程简化为 values[i]*values[i+1]*values[j],与我们的基础情况一致。

第四步:确定计算顺序

观察状态转移方程 dp[i][j] 依赖于 dp[i][k]dp[k][j],其中 i < k < j。这意味着 dp[i][k]dp[k][j] 对应的子多边形都比 dp[i][j] 对应的子多边形要“小”(区间长度更短)。

因此,我们必须按照区间长度 len = j - i 从小到大的顺序来计算 dp 表。

  1. len = 2:对应三角形,直接计算。
  2. len = 3:对应四边形,依赖于 len=2 的结果。
  3. len = 4:对应五边形,依赖于 len=2len=3 的结果。
  4. ...
  5. len = n-1:对应整个 n 边形,这是我们最终要求解的 dp[0][n-1]

第五步:算法实现与示例推演

values = [3, 7, 4, 5] 为例 (n=4)。

  1. 初始化 dp 表为 n x n 的二维数组,初始值设为 0
  2. 计算 len=2 (三角形):
    • dp[0][2] = values[0]*values[1]*values[2] = 3*7*4 = 84
    • dp[1][3] = values[1]*values[2]*values[3] = 7*4*5 = 140
    • dp[2][4] 无效,因为索引从0到3。
  3. 计算 len=3 (四边形,即整个多边形 dp[0][3]):
    • i=0, j=3,需要遍历 k=1, 2
    • k=1: 得分 = dp[0][1] + dp[1][3] + values[0]*values[1]*values[3] = 0 + 140 + 3*7*5 = 0+140+105=245
    • k=2: 得分 = dp[0][2] + dp[2][3] + values[0]*values[2]*values[3] = 84 + 0 + 3*4*5 = 84+0+60=144
    • dp[0][3] = min(245, 144) = 144

最终结果 dp[0][n-1] = dp[0][3] = 144

第六步:复杂度分析

  • 时间复杂度:状态数为 O(n²),对于每个状态 dp[i][j],我们需要遍历 O(j-i)k。因此总的时间复杂度为 O(n³)。
  • 空间复杂度:我们使用了一个 n x n 的二维数组,因此空间复杂度为 O(n²)。

第七步:关键点与总结

  1. 核心思想:将大凸多边形的最优剖分,分解为选择一个“中间顶点”构成三角形后,左右两个更小凸多边形的最优剖分。
  2. 状态定义dp[i][j] 表示从顶点 ij 的子多边形的最优得分。这是区间DP的典型定义。
  3. 计算顺序:务必按照区间长度递增的顺序计算,确保在计算大区间时,其所依赖的所有小区间都已被计算出来。
  4. 边界处理:当子多边形是三角形时,得分固定;当子多边形是边时,得分为0。

这个问题是区间DP解决最优划分问题的经典范例,其思路可以迁移到许多其他类似的最优分割、最优组合问题上。

好的,我已仔细核对历史列表。我们来看一个在“区间动态规划”领域非常重要且 未 出现在你已列出的题目中的经典问题。 题目:多边形三角剖分的最低得分问题 题目描述: 给定一个凸多边形,其顶点按顺时针顺序标记为 A[0], A[1], ..., A[n-1] 。这个多边形的 n 条边用顶点序列 (A[i], A[(i+1) % n]) 表示。 多边形的 三角剖分 是指通过不相交的对角线将多边形划分为 n-2 个三角形。三角剖分的 得分 定义为所有 n-2 个三角形的 “权重” 之和。每个三角形的权重是其三个顶点的乘积。 给定一个整数数组 values ,其中 values[i] 是顶点 A[i] 的值。对于由顶点 A[i] , A[j] , A[k] 组成的三角形,其权重为 values[i] * values[j] * values[k] 。 你的任务是找出给定凸多边形进行三角剖分所能得到的 最低总分 。 示例 1: 输入: values = [1, 2, 3] 输出: 6 解释:多边形已经是三角形,无需剖分,得分就是它自身的权重: 1 * 2 * 3 = 6 。 示例 2: 输入: values = [3, 7, 4, 5] 输出: 144 解释:有两种剖分方式。 方式1:连接对角线 (0, 2),得到三角形 (0, 1, 2) 和 (0, 2, 3)。得分 = 3*7*4 + 3*4*5 = 84 + 60 = 144 。 方式2:连接对角线 (1, 3),得到三角形 (0, 1, 3) 和 (1, 2, 3)。得分 = 3*7*5 + 7*4*5 = 105 + 140 = 245 。 所以最低得分是 144 。 示例 3: 输入: values = [1, 3, 1, 4, 1, 5] 输出: 13 解释:一种最优剖分是连接对角线 (0, 2), (0, 4), (2, 4)。对应的三角形为 (0,1,2), (0,2,4), (2,3,4), (0,4,5)。得分计算后为13。 循序渐进解题过程 第一步:理解问题与建立直觉 凸多边形 :意味着任意两点之间的连线都在多边形内部。这使得“不相交的对角线”的划分总是可行的,并且一个对角线会将多边形分成两个更小的凸多边形。 三角剖分 :一个 n 边形,需要 n-3 条对角线才能形成 n-2 个三角形。 动态规划切入点 :如果我们选择多边形的一条边 (i, j) 作为三角形的一条边,那么三角形的第三个顶点 k 必须在 i 和 j 之间(按顶点顺序)。这个三角形 (i, k, j) 会将原多边形分成三部分: 三角形 (i, k, j) 本身。 子多边形 [i, i+1, ..., k] (顶点数 ≥ 3)。 子多边形 [k, k+1, ..., j] (顶点数 ≥ 3)。 最优子结构 :整个多边形的最优剖分,必然包含某个三角形 (i, k, j) ,且对于其划分出的两个子多边形,各自内部的剖分也必然是最优的。否则,我们可以用更优的子剖分替换掉原来的,从而得到更优的整体剖分。 第二步:定义状态 我们定义动态规划状态 dp[i][j] : 含义 :表示从顶点 i 到顶点 j 按顺时针方向形成的 凸子多边形 进行三角剖分所能得到的最低得分。 范围 : i 和 j 是多边形的顶点索引。对于一个 n 边形,我们通常考虑 0 <= i < j < n 。但为了形成有效的子多边形,顶点数必须至少为3,即 j - i >= 2 。 初始状态 :当子多边形只有两个顶点(即一条边, j - i == 1 )时,无法形成三角形,其得分应为 0 。当子多边形恰好是三角形( j - i == 2 )时,无法再进行对角线划分,其得分就是这个三角形的权重 values[i] * values[i+1] * values[j] 。 第三步:推导状态转移方程 考虑子多边形 [i, i+1, ..., j] 。 如果 j - i < 2 ,它是边或点, dp[i][j] = 0 。 如果 j - i == 2 ,它是三角形, dp[i][j] = values[i] * values[i+1] * values[j] 。 如果 j - i > 2 ,它是一个边数大于3的凸多边形。我们需要找到它的最优剖分。 关键思想: 选择三角形的中间顶点 k 。 我们选择顶点 k ,其中 i < k < j 。以边 (i, j) 为基础,连接 (i, k) 和 (k, j) ,这样我们就用三角形 (i, k, j) 将这个子多边形划分成了三个部分: 三角形 (i, k, j) ,其权重为 w(i, k, j) = values[i] * values[k] * values[j] 。 左子多边形 [i, i+1, ..., k] ,其最优得分为 dp[i][k] 。 右子多边形 [k, k+1, ..., j] ,其最优得分为 dp[k][j] 。 那么,以 k 作为划分点的总得分就是: dp[i][k] + dp[k][j] + w(i, k, j) 。 我们需要尝试所有可能的 k ( i < k < j ),取其中的最小值作为 dp[i][j] 的值。 因此,状态转移方程为: 对于 j - i >= 2 , dp[i][j] = min( dp[i][k] + dp[k][j] + values[i] * values[k] * values[j] ) ,其中 k 从 i+1 遍历到 j-1 。 特殊情况 :当 j - i == 2 时,只有一个 k (即 i+1 ),且 dp[i][i+1] 和 dp[i+1][j] 都为0,方程简化为 values[i]*values[i+1]*values[j] ,与我们的基础情况一致。 第四步:确定计算顺序 观察状态转移方程 dp[i][j] 依赖于 dp[i][k] 和 dp[k][j] ,其中 i < k < j 。这意味着 dp[i][k] 和 dp[k][j] 对应的子多边形都比 dp[i][j] 对应的子多边形要“小”(区间长度更短)。 因此,我们必须按照 区间长度 len = j - i 从小到大的顺序来计算 dp 表。 len = 2 :对应三角形,直接计算。 len = 3 :对应四边形,依赖于 len=2 的结果。 len = 4 :对应五边形,依赖于 len=2 和 len=3 的结果。 ... len = n-1 :对应整个 n 边形,这是我们最终要求解的 dp[0][n-1] 。 第五步:算法实现与示例推演 以 values = [3, 7, 4, 5] 为例 ( n=4 )。 初始化 dp 表为 n x n 的二维数组,初始值设为 0 。 计算 len=2 (三角形) : dp[0][2] = values[0]*values[1]*values[2] = 3*7*4 = 84 dp[1][3] = values[1]*values[2]*values[3] = 7*4*5 = 140 dp[2][4] 无效,因为索引从0到3。 计算 len=3 (四边形,即整个多边形 dp[0][3] ) : i=0, j=3 ,需要遍历 k=1, 2 。 k=1 : 得分 = dp[0][1] + dp[1][3] + values[0]*values[1]*values[3] = 0 + 140 + 3*7*5 = 0+140+105=245 k=2 : 得分 = dp[0][2] + dp[2][3] + values[0]*values[2]*values[3] = 84 + 0 + 3*4*5 = 84+0+60=144 dp[0][3] = min(245, 144) = 144 最终结果 dp[0][n-1] = dp[0][3] = 144 。 第六步:复杂度分析 时间复杂度 :状态数为 O(n²),对于每个状态 dp[i][j] ,我们需要遍历 O(j-i) 个 k 。因此总的时间复杂度为 O(n³)。 空间复杂度 :我们使用了一个 n x n 的二维数组,因此空间复杂度为 O(n²)。 第七步:关键点与总结 核心思想 :将大凸多边形的最优剖分,分解为选择一个“中间顶点”构成三角形后,左右两个更小凸多边形的最优剖分。 状态定义 : dp[i][j] 表示从顶点 i 到 j 的子多边形的最优得分。这是区间DP的典型定义。 计算顺序 :务必按照区间长度递增的顺序计算,确保在计算大区间时,其所依赖的所有小区间都已被计算出来。 边界处理 :当子多边形是三角形时,得分固定;当子多边形是边时,得分为0。 这个问题是区间DP解决最优划分问题的经典范例,其思路可以迁移到许多其他类似的最优分割、最优组合问题上。