铺砖问题是组合数学中的一类经典问题,是利用递推关系解决实际问题的一个典型案例。
术语简介
即是针对一个特定的道路,比如1*N的道路,有两种砖块来铺设,一种是方砖1*1的,一种是长砖1*2的,用这两种砖,有什么铺设方案?
解决方案,就是采取递推关系。假设方案数为,以最后一块砖的种类为分析对象,如果是方砖,则方案数为;如果是长砖,则方案数为。那么总体的方案数。
求得递推关系以后,根据
齐次线性方程组的特征方程,可以求得铺砖方案数。
以上是最简单的铺砖问题,也是从数学的角度解释什么是铺砖问题以及铺砖问题的求解。
编程求解
铺砖问题,其实还是一个动态规划的问题,而且是一个状态压缩的动态规划问题。所谓状态压缩型动态规划,就是将不方便转移或数据量极大的状态用01字串来表示,这样就可以方便的转移状态,同时节省了大量的空间。
有一个长H,宽W的广场,要铺满2x1规格的砖块,不允许砖块重叠,求一共有多少种方案?(H,W均不超过11)
题目的数据范围相当小,不过还没有小到可以用DFS解决的规模(DFS每次只能把方案数增加1,而W=10,H=11的方案数为已经超过10^11了)。注意到题目的砖块只有两种摆放方式:横着或者竖着。加之广场边长小于11,因此考虑用状态压缩动态规划。用一个整数的每一位对应一个横排每个位置是否有砖块。
那么,转移方程就是:F[i][S] = Sigma{F[i-1][S']} (S'可以转移到S)
边界是:F[1][0] = 1
需要找出各个状态之间的转移关系。这时DFS就派上用场了,我们只需考虑两行,枚举第一行的状态i,根据i搜索得到第二行能达到的状态j,把adj[i][j]赋值为1.具体实现请看后面的程序。
获得矩阵adj后,就可以用三个for逐行求出F[i][S]的方案了,最后输出F[H+1][0].(即能将第h行铺满的方案数).
此外,由于砖块的面积是2,如果广场面积是奇数,显然是无解的,可以直接输出0.