双向搜索是对于深度优先搜索的一种优化,它的基本思想是:把(dfs)从一端开始改为从两端开始,从而有效减少搜索状态
如果上面的定义不懂的话,请看下面两这张图(设(n)是搜索层数):
上面这个图就是普通的(dfs)在每次拓展两个节点的情况下所产生的的搜索树的形状
这棵搜索树,每一个节点都代表了一次递归调用,我们很容易可以看出来它的复杂度是(O(2^n))(满二叉树情况下)(其实减不减1无所谓了)
下面这个是双向搜索所产生的两棵搜索树(一颗红色,一颗蓝色)
我们在这两棵搜索树上分别得到了(4)和(2)种结果,现在组合一下(绿色部分),得到了(4*2=8)种结果,和原来的搜索结果一样
那么分析复杂度:我们一次搜索的复杂度(O(2^frac{n+2}{2})),两次搜索就是(O(2^{frac{n+4}{2}}))
如果我们朴素的统计答案,那么一次搜索会产生(2^{frac{n}{2}})种结果,两次则平方,变成了(2^n)次统计
把复杂度相加:总复杂度是(O(2^{frac{n+4}{2}}+2^n))
Q:怎么还慢了呢?混蛋!
A:(没错就是慢了)
Q:那你讲个P!(握紧小拳头)
A:(先别打,先别打!我还没讲完呢!)
Part 2:真正的双向搜索复杂度分析上面的方法慢了,主要原因是我们选择了“朴素”的统计答案
考虑怎么优化:我们统计答案的第一步就是判断这个组合得到的最终答案合不合法
那么,我们可以考虑对其中一个答案数组排序,然后以另一个答案数组为查找元素进行二分查找
假设找到一个元素,因为在它之前的元素一定小于它,所以在这个元素之前的元素也都合法,这样我们就不用一个一个的统计答案了,提高了效率
分析这么做的时间复杂度:
(sort())快速排序一遍(O(frac{n}{2}logn))
进行(frac{n}{2})次二分查找,(O(frac{n}{2}logn))
统计答案总复杂度:(O(nlogn))
算法总复杂度:(O(2^{frac{n+4}{2}}+nlogn))
这不就快了吗
Part 3:例题传送门:https://www.luogu.com.cn/problem/P4799
题目中要求我们求出在不超过总预算的情况下,小B去看比赛的方案数
首先,数据范围(nleq 40),普通的(dfs)肯定会(TLE)的飞起,我们考虑双向搜索
令(Mid=frac{n}{2}),我们第一次从(1)搜索到(Mid),把答案记录到序列(a)中,第二次从(Mid+1)搜索到(n)答案记录到序列(b)中
现在统计答案,从(a),(b)中任选一个序列进行快速排序,(这里排哪个应该对时间有影响,但是不大),这里假设我们对(b)排序
我们的满足答案的状态是:(a_i+b_j