TOAD 8 - Here comes Santa

最近刷水好严重的。

(其实主要是各种被抓苦力。)

Problem

是否存在一个 n×nn \times n 矩阵 ff ,使得每一行的和均为 1,且存在一组 p1,…,np_{1, \dots, n} 满足 p1=1,∣pi−pi−1∣≤1p_1 = 1, |p_i - p_{i - 1}| \leq 1 且

∑i=1nfi,pi>Hn=∑i=1n1n\sum_{i = 1}^n f_{i, p_i} > H_n = \sum_{i = 1}^n \frac{1}{n}

Solution

很显然存在一组等于的解:

f_i,j={1ii<j0i≥jf\_{i, j} = \begin{cases} \frac{1}{i} & i < j \\ 0 & i \geq j \end{cases}

但是怎么都凑不出一个大于的解,所以我就猜不存在了……

不过答案也是不存在。

证明……我只想到了方向,但是没能构出一个完整的解。大概是这样的:

首先这就是一条 (1,1)(1, 1) 到第 nn 行的路径是吧,令 Fi,jF_{i, j} 为最优解中 (i,j)(i, j) 的权, Di,jD_{i, j} 为到达 (i,j)(i, j) 的最小权值和。对于一个 ii ,我们可以求得一个 j′j^{\prime} 满足 Di,j′≤Di,jD_{i, j^{\prime}} \leq D_{i, j} 。令 SiS_i 表示到 ∑i=1iDi,j\sum_{i =1}^i D_{i, j} ,我们可以得到:

  1. 当 j≤j′j \leq j^{\prime} 时, Di+1,j≤Di,j+Fi,jD_{i + 1, j} \leq D_{i, j} + F_{i, j}
  2. 当 j>j′j > j^{\prime} 时, Di+1,j≤Di,j−1+Fi,jD_{i+1,j} \leq D_{i, j - 1} + F_{i, j}

枚举所有的 jj ,加起来得:

∑∗j=1i+1D∗i+1,j≤∑∗j=1j′D∗i,j+∑∗j=j′iD∗i,j+∑∗i=1i+1F∗i,j,\sum*{j=1}^{i+1} D*{i+1, j} \leq \sum*{j=1}^{j^{\prime}} D*{i, j} + \sum*{j = j^{\prime}}^i D*{i, j} + \sum*{i=1}^{i+1}F*{i, j},

即

S_i+1≤Si+1+Sii,S\_{i+1} \leq S_i + 1 + \frac{S_i}{i},

化开有:

S_i+1i+1≤Sii+1i+1,\frac{S\_{i+1}}{i+1} \leq \frac{S_i}{i} + \frac{1}{i+1},

所以不可能大于了……