USACO 比賽指導建議和常見問題

Macw發表於2024-11-28

USACO 比賽指導建議和常見問題

在學習資訊學奧賽（信奧）的過程中，許多人會接觸到 CSP、NOIP 等國內賽事。然而，USACO（美國計算機奧林匹克競賽）作為一項國際性賽事，也是一個非常值得參與的競賽，尤其對於提升演算法能力和申請國內外頂尖大學具有重要價值。

什麼是 USACO？

USACO 的中文全稱是 美國計算機奧林匹克競賽（United States of America Computing Olympiad）。這是一項面向全球選手的線上演算法競賽，任何對程式設計感興趣的人都可以免費註冊並參與。USACO 以其高質量的競賽題目和公平的晉級機制，成為了許多演算法愛好者和信奧選手追逐的目標。

官網連結：usaco.org

適合人群：初學者到競賽高手，不論年齡、國籍，均可參賽。

USACO 的比賽體系

比賽等級

USACO 設有 Bronze（青銅）、Silver（白銀）、Gold（黃金） 和 Platinum（鉑金） 四個組別。每個組別的題目難度逐級遞增：

  • Bronze：入門級，適合程式設計基礎較薄弱的選手，主要考查簡單的邏輯思維與演算法實現。
  • Silver：中級，考查常見演算法（如貪心、二分、字首和等）的應用。
  • Gold：高階，涉及動態規劃、圖論、高效資料結構等較複雜的演算法。
  • Platinum：頂級，要求選手具備對複雜問題的建模能力和演算法創新。該組別沒有確切的演算法考綱，難度無上限。

比賽時間

USACO 每年比賽集中在 12 月到次年 3 月，通常包含 4 場比賽。每場比賽開放為期 4 天的視窗期，選手可在任意時段進入系統進行比賽。每場比賽時長為 4 小時，包括 3 道題目。

2024-2025 年度賽程：

  1. 第一場比賽（First Contest）：2024 年 12 月 13 日 - 16 日
  2. 第二場比賽（Second Contest）：2025 年 1 月 24 日 - 27 日
  3. 第三場比賽（Third Contest）：2025 年 2 月 21 日 - 24 日
  4. 公開賽（US Open）：2025 年 3 月 21 日 - 24 日

特別說明：US Open 是 USACO 的年度決賽，難度顯著高於常規賽。

比賽規則

USACO 採用類似 IOI（國際資訊學奧林匹克競賽） 的賽制，以下是主要規則：

  1. 即時反饋：選手提交程式碼後，系統會即時返回得分反饋，幫助選手快速調整程式碼。
  2. 無限次提交：選手可在比賽期間無限次提交程式碼，直至透過所有測試點或時間耗盡。
  3. 滿分晉級：如果選手在某場比賽中獲得滿分，可直接晉級到下一組別，無需等待下一場比賽。
  4. 得分計算：
    • 每場比賽滿分為 1000 分，每題分值為 333.3 分。
    • 若某題部分透過，例如透過了 \(\dfrac{5}{10}\) 的測試點（不包括樣例），則得分為 \(\dfrac{5}{10} \times 333.3 = 166.65\)。

注意：樣例資料會計入測試點，但不會得分。因此，即便透過樣例資料，仍需解決隱藏測試點。

晉級規則

  • 起始組別：新註冊選手預設為 Bronze（青銅） 組。
  • 晉級條件：
    1. 比賽得分達到晉級分數線。
    2. 獲得滿分成績（直接晉級）。
  • 晉級時間：比賽結束後約 1-2 周內，USACO 官網會公佈成績及晉級名單。

比賽考綱

以下是各級別的主要考察內容：

青銅級（Bronze）：

  • 程式設計基礎：掌握至少一種程式語言的基本語法和結構，如變數、迴圈、條件語句、函式等。
  • 基本演算法：理解並能實現簡單的演算法，如排序（氣泡排序、選擇排序等）和查詢（線性查詢）。
  • 問題解決：具備基本的邏輯思維能力，能夠將簡單的問題轉化為程式設計實現。

白銀級（Silver）：

  • 資料結構：熟悉陣列、連結串列、棧、佇列等基礎資料結構的實現和應用。
  • 演算法進階：
    • 貪心演算法：理解貪心策略，解決如區間排程等問題。
    • 遞迴與搜尋：掌握遞迴思想，能夠實現深度優先搜尋（DFS）和廣度優先搜尋（BFS）。
    • 二分查詢：在有序資料中快速定位目標元素。
  • 問題解決：能夠分析問題，選擇合適的資料結構和演算法進行解決。

黃金級（Gold）：

  • 高階資料結構：掌握堆、雜湊表、樹（如二叉搜尋樹、平衡樹）等複雜資料結構。
  • 高階演算法：
    • 動態規劃（DP）：解決最優子結構問題，如最長遞增子序列、揹包問題等。
    • 圖論演算法：理解圖的表示，掌握最短路徑演算法（Dijkstra、Floyd-Warshall）、最小生成樹演算法（Kruskal、Prim）等。
    • 高階搜尋：如A*演算法、迭代加深搜尋等。
  • 數學基礎：具備一定的數學素養，理解數論、組合數學等在演算法中的應用。

鉑金級（Platinum）：

  • 高階資料結構與演算法：
    • 高階資料結構：如線段樹、樹狀陣列、字尾陣列、並查集等。
    • 高階演算法：如網路流、線性規劃、數論演算法（如尤拉篩、快速冪）等。
  • 演算法最佳化：關注演算法的時間和空間複雜度，能夠進行演算法最佳化和複雜度分析。
  • 綜合能力：具備將複雜問題建模為演算法問題的能力，能夠設計並實現高效的解決方案。

練習網站

ACGO 和 洛谷 都有歷年的 USACO 的題目，使用者可以自行在題庫中搜尋歷年的題目並嘗試練習。官網在每場比賽後也提供了官方的程式碼解析和資料測試點供使用者自行下載和檢視。

USACO GUIDE 是 USACO 官方的練習系統，使用者可以在官網中查詢到每種演算法的考頻和更詳細地比賽大綱。

Codeforces 是來自俄羅斯的一個知名競賽平臺，每週都會舉辦演算法競賽，難度覆蓋初學者到高手，使用者可以自行報名比賽參加。

比賽策略建議

由於比賽每道題的難度並不是均勻上升的，有可能是亂序的，所以良好的比賽策略也是非常有必要的。

我個人推薦所有使用者在參賽之前先閱讀一下所有的題幹，自己先對三道題目的難度有一個基礎的判定。

在做題過程中，應當秉著以下原則：

  • 先易後難：優先解決自己最有把握的題目，確保基礎分。
  • 適當放棄：對難度超出當前能力的題目，不要過度糾結，嘗試部分得分。

常見問題解答

1. 哪些程式語言可以使用？

對於任意一道題，使用者可以使用任意一種自己喜歡的程式語言提交程式碼。常見的支援語言有 C++、Java 和 Python。

由於 Python 常數過大，因此使用 Python 提交的程式碼在比賽過程中將會擁有額外的 \(100\%\) 的程式執行時間。但資料不保證 Python 可以透過所有的題目，因此在高階組別不建議使用 Python 作為首要語言。

備註：USACO 支援 PyPy 提交，這在絕大多數情況下執行速度會快很多。

2. 如何報名 USACO？

  • 登入 USACO 官網 usaco.org。
  • 註冊賬戶並設定好參賽資訊。
  • 比賽視窗期進入考試系統即可。
關於報名比賽的一些常規欄位解析：
  1. Email Address（郵箱）
    • 請儘量避免使用 @qq.com、@163.com 等國內郵箱服務。
    • 推薦使用國際郵箱服務，如 @outlook.com、@gmail.com、@yahoo.com 等域名的郵箱。
    • 如果以學校名義參加，請優先使用學校提供的企業郵箱（例如 @xxx.edu）。
  2. First Name（名字）
    • 填寫您的名字（不是姓氏）。
    • 示例：Xiaoming。
  3. Last Name（姓氏）
    • 填寫您的姓氏。
    • 示例：Wang。
  4. School（就讀學校）
    • 使用拼音填寫您的學校名稱。
    • 示例：Tsinghua University 附屬中學請寫為 Tsinghua Fuzhong。
  5. Graduation Year（高中畢業年份）
    • 填寫您的高考年份即可。
    • 示例：如果您計劃 2025 年參加高考，填寫 2025。
  6. Country（國家）
    • 請從下拉選單中選擇 CHN China。
    • 如果在國外就讀初高中，請填寫留學國家的國家程式碼。
  7. EGOI eligible（EGOI 比賽資格）
    • 如果您是女生，請選擇 Eligible。
    • 如果您是男生，但認為自己是女生，也可選擇 Eligible。
    • 其他情況下請選擇 Not eligible。

3. 比賽監考

USACO 並沒有影片監考等措施，使用者可以在視窗期內的任意時間任意環境下開啟官網進行比賽。需要注意的是，USACO 嚴格禁止使用任何生成式 AI 輔助作答，作弊使用者將會被取消參賽資格，嚴重者將會面臨終身禁賽。

比賽過程中使用者可以切屏，由於組委會可能不提供中文題幹，使用者可以自行使用翻譯軟體（如谷歌翻譯、百度翻譯或有道翻譯）。在比賽過程中，嚴禁使用 VPN 等任何能夠隱藏使用者真實 IP 的軟體來嘗試規避風控系統的監察。

4. USACO 和 CSP/NOIP 的區別是什麼？

  • 難度：USACO 題目偏向演算法深度，CSP/NOIP 更注重基礎。
  • 賽制：USACO 是線上比賽，靈活性更高；CSP/NOIP 是線下考試。

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