lqb#P26015. 星座导航校准器
星座导航校准器
题目描述
深空探测器在执行任务时需要依靠星座导航系统进行精确定位。该系统由若干颗导航卫星组成,每颗卫星都有固定的轨道位置和信号强度。
为了确保导航精度,需要选择一组卫星构成“导航空座”,使得:
- 两颗卫星距离过近会产生干扰,降低导航精度;
- 星座必须保持连通性(通信半径为 ,任意两颗卫星都能通过直接或间接通信到达);
- 在综合考虑以上因素后,使总导航精度最大化。
导航精度计算规则
设选定的导航空座包含卫星集合 ,每颗卫星 位于坐标 ,信号强度为 。
- 基础精度:每颗卫星贡献的基础精度为其信号强度 。
- 几何加成:考虑星座的几何分布,计算所有卫星对之间的几何加成:
其中 是卫星 和 之间的欧几里得距离。
连通性约束:
- 如果两颗卫星距离 ,则它们可以直接通信。
- 整个星座必须保持连通(任意两颗卫星都能通过直接或间接通信到达)。
干扰惩罚:
如果两颗卫星距离过近(),会产生信号干扰,精度减少:
$$\begin{aligned} \text{InterferencePenalty} = \sum_{i=1}^{k-1} \sum_{j=i+1}^{k} \mathbf{1}_{d_{ij} < T} \cdot (T - d_{ij}) \times \min(p_i, p_j) \end{aligned}$$其中 是指示函数,当条件满足时为 ,否则为 ;对每一对不同的卫星()各计算一次干扰惩罚。
总导航精度计算公式:
$$\begin{aligned} \text{TotalPrecision} = \sum_{i=1}^{k} p_i + \text{GeometricBonus} - \text{InterferencePenalty} \end{aligned}$$给定 颗候选卫星的坐标和信号强度,以及通信半径 和干扰阈值 ,从中选择若干颗卫星组成导航空座,使得:
- 星座保持连通性(通信半径为 );
- 总导航精度最大化;
- 星座中至少包含 颗卫星。
输入格式
第一行包含四个整数 、、、,分别表示候选卫星数量、最少卫星数量、通信半径和干扰阈值。
接下来 行,每行包含三个整数 、、,表示第 颗卫星的坐标和信号强度。
输出格式
输出一行,包含一个整数,表示能够达到的最大导航精度(向下取整)。
3 2 10 3
0 0 5
5 0 8
0 5 6
39
解释 #1
最优解:选择卫星 (编号从 开始),即坐标为 、、 的三颗卫星。
连通性验证:
- $d_{12} = \sqrt{(0 - 5)^2 + (0 - 0)^2} = 5 \leq R = 10$ ✓
- $d_{13} = \sqrt{(0 - 0)^2 + (0 - 5)^2} = 5 \leq R = 10$ ✓
- $d_{23} = \sqrt{(5 - 0)^2 + (0 - 5)^2} = \sqrt{50} \approx 7.07 \leq R = 10$ ✓
所有卫星对都能直接通信,星座连通。
精度计算:
-
基础精度:。
-
几何加成:
- 卫星 1-2:$\frac{5 \times 8}{\sqrt{5^2 + 1}} = \frac{40}{\sqrt{26}} \approx 7.84$;
- 卫星 1-3:$\frac{5 \times 6}{\sqrt{5^2 + 1}} = \frac{30}{\sqrt{26}} \approx 5.88$;
- 卫星 2-3:$\frac{8 \times 6}{\sqrt{50 + 1}} = \frac{48}{\sqrt{51}} \approx 6.72$。
总几何加成:。
-
干扰惩罚:所有距离都 ,无干扰惩罚。
总精度:,向下取整为 39。
5 3 5 3
0 0 10
2 0 8
4 0 6
10 0 12
1 4 9
139
解释 #2
最优解:选择卫星 (编号从 开始),即坐标为 、、、 的四颗卫星。
连通性验证:
- ✓
- ✓
- $d_{15} = \sqrt{1^2 + 4^2} = \sqrt{17} \approx 4.12 \leq R = 5$ ✓
- ✓
- $d_{25} = \sqrt{1^2 + 4^2} = \sqrt{17} \approx 4.12 \leq R = 5$ ✓
- ✓
所有选中卫星对都能直接通信,星座连通。
精度计算:
-
基础精度:
-
几何加成:
- 卫星 1-2:$\frac{10 \times 8}{\sqrt{2^2 + 1}} = \frac{80}{\sqrt{5}} \approx 35.78$;
- 卫星 1-3:$\frac{10 \times 6}{\sqrt{4^2 + 1}} = \frac{60}{\sqrt{17}} \approx 14.55$;
- 卫星 1-5:$\frac{10 \times 9}{\sqrt{17 + 1}} = \frac{90}{\sqrt{18}} \approx 21.21$;
- 卫星 2-3:$\frac{8 \times 6}{\sqrt{2^2 + 1}} = \frac{48}{\sqrt{5}} \approx 21.47$;
- 卫星 2-5:$\frac{8 \times 9}{\sqrt{17 + 1}} = \frac{72}{\sqrt{18}} \approx 16.97$;
- 卫星 3-5:$\frac{6 \times 9}{\sqrt{5^2 + 1}} = \frac{54}{\sqrt{26}} \approx 10.59$。
总几何加成:$35.78 + 14.55 + 21.21 + 21.47 + 16.97 + 10.59 = 120.57$。
3. 干扰惩罚:
- 卫星 1-2 距离 ,产生干扰:;
- 卫星 2-3 距离 ,产生干扰:;
- 其他卫星对距离都 ,无干扰。
总干扰惩罚:
总精度:,向下取整为 139。
数据范围
- 对于 的数据:,;
- 对于 的数据:,;
- 对于所有评测用例:
- ,,,;
- 坐标范围:;
- 信号强度:;
- 保证存在至少 颗卫星、且满足连通性约束的解。
相关
在下列比赛中: