刷题记录:LC1997-访问完所有房间的第一天

2022-10-15,,

LC1997-访问完所有房间的第一天

题意

这里有 n 个房间,从 0 到 n-1 编号。
你每天访问一个房间,第 0 天访问第 0 号房间。
接下来,你访问房间的【次序】将根据下面的【规则】决定:
假设某一天,你访问 i 号房间。
如果算上本次访问,访问 i 号房间的次数为【奇数】 ,那么 第二天 需要访问 nextVisit[i] 所指定的房间,其中【0 <= nextVisit[i] <= i 】。注意【0 <= nextVisit[i] <= i】,如果访问次数为【奇数】,我们就要回溯。
如果算上本次访问,访问 i 号房间的次数为【偶数】,那么 第二天 需要访问 (i + 1) mod n 号房间。即,访问下一号房间。
求出【访问完所有房间的天数】,模1e9+7。

思路

首先

我们注意到一个事情啊,如果对当前这个房间的访问次数为奇数,那么明天就必须返回更小的房间;如果对当前房间的访问次数为偶数,明天才能堪堪访问紧邻的下一号房间,这样一点一点往前爬。

所以不难想到,【访问完所有房间的天数】就是【访问最后一个房间的天数】。

然后

设 dp[i] 为【第一次访问 i 号房间的天数】。
如果在 dp[i] 这一天第一次访问 i 号房间,那么【i-1 号房间的访问次数】应该是偶数,只有这样才能从 i-1 爬到 i。
那么,我们怎么从 i-2 爬到 i-1的呢?i-2 号房间的访问次数,也需要是偶数。
i-3、i-4、……。为了爬到 i 号房间,以前所有房间的访问次数,都需要是偶数。
在 dp[i]+1 这一天,我们返回了 nextVisit[i] 号房间。如果 nextVisit[i]≠i 即 nextVisit[i]<i,除了 i 和 nextVisit[i] 号房间的访问次数是奇数,其他房间全是偶数(包括0次,未访问)。
请集中精神仔细看,关键来了:
我们现在的情况,像不像【刚刚访问 nextVisit[i] 号房间】的情况?也是 nextVisit[i] 刚刚变成奇数,其他房间都是偶数。i>nextVisit[i],对接下来爬到 nextVisit[i]+1 毫无影响。不能说是很像,只能说一模一样!
如果我们想从 i 爬到 i+1,我们需要第二次访问 i 号房间,即,从 nextVisit[i] 爬到 i。我们已经经历一遍这个过程了,就是在第一次访问 i 号房间,从 nextVisit[i] 爬到 i 的过程。
因此,这一段过程需要 dp[i]-dp[nextVisit[i]] 的天数,直接相减。
此时,我们已经第二次到达 i 号房间。再花最后一天爬到 i+1 号房间,我们就又往前进了一步。
总结整个过程:爬到 i,dp[i] 天;从 i 到 nextVisit[i],1 天;从 nextVisit[i] 再次到 i,dp[i]-dp[nextVisit[i]] 天;从 i 到 i+1,1 天。
得到递推方程:dp[i+1]=dp[i]+1+dp[i]-dp[nextVisit[i]]+1
整理:dp[i+1]=2*dp[i]-dp[nextVisit[i]]+2
别急,还有一种情况哦:如果 nextVisit[i]=i 怎么办?公式变成dp[i+1]=dp[i]+2,用 dp[i] 天到达 i,花一天时间原地打转,再花一天时间前进一步,公式也没问题。
所以就 ok 了!

另一种神乎其技的解法

设 f[i] 为【从 第一次访问 i 到 第一次访问 i+1】的天数,即 dp[i+1]-dp[i]。
我们在 dp[i] 这一天访问了 i,下一天会回到 j=nextVisit[i]。我们已经知道,情况和【第一次访问 j=nextVisit[i]】一模一样。
所以,从 j 爬到 j+1,需要 f[j] 天。爬到 j+1 后,j+1 的访问次数变成奇数,而 j 因为【要往前爬】变成偶数。此时,是不是又和【第一次访问 j+1】一模一样了?
所以,从 j+1 爬到 j+2,需要 f[j+1] 天。接下来到 j+3,需要 f[j+2] 天。……。接下来到 i,需要 f[i-1] 天。
我们得到了什么结论?从 j=nextVisit[i] 再次爬到 i,需要 \(\sum_{k=j}^{i-1}f[k]\) 天。加上从 i 到 j=nextVisit[i] 的 1 天、第二次到 i 后再进一步的 1 天,【从 第一次访问 i 到 第一次访问 i+1】需要 \(2+\sum_{k=j}^{i-1}f[k]\) 天。
我们得到了递推方程:\(f[i]=2+\sum_{k=j}^{i-1}f[k]\)。
求和,可以用前缀和去优化。设 \(sum[i]=\sum_{k=0}^{i-1}f[i]\),则sum[i+1]-sum[i]=f[i]=2+sum[i]-sum[j]=2+sum[i]-sum[nextVisit[i]]
整理一下:sum[i+1]=2*sum[i]-sum[nextVisit[i]]+2。好家伙,这不就是那个 dp 的递推公式吗?原来 sum 就是 dp!
sum 就是 dp 的考证:我们在第0天访问了 0 号房间。要去访问 i 号房间,天数为 0+【从第一次访问 0 到第一次访问 1,f[0]】+【从第一次访问 1 到第一次访问 2,f[1]】+……+【从第一次访问 i-1 到第一次访问 i,f[i-1]】,可不就是sum[i]嘛!
现在,我们已经完整地了解了,该题的两套解法。

题记录:LC1997-访问完所有房间的第一天的相关教程结束。

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