题解 TG2013 火柴排队

本文探讨了一种优化问题,即通过交换火柴位置使两列火柴间的距离达到最小,重点在于如何通过离散化序列和树状数组求逆序对来解决此问题。

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题目描述:

涵涵有两盒火柴,每盒装有n根火柴,每根火柴都有一个高度。 现在将每盒中的火柴各自排成一列, 同一列火柴的高度互不相同, 两列火柴之间的距离定义为: ∑(ai−bi)2\sum(a_i-b_i)^2(aibi)2

其中aia_iai表示第一列火柴中第iii个火柴的高度,bib_ibi表示第二列火柴中第iii个火柴的高度。

每列火柴中相邻两根火柴的位置都可以交换,请你通过交换使得两列火柴之间的距离最小。请问得到这个最小的距离,最少需要交换多少次?如果这个数字太大,请输出这个最小交换次数对99,999,99799,999,99799,999,997取模的结果。

输入:

共三行,第一行包含一个整数nnn,表示每盒中火柴的数目。

第二行有nnn个整数,每两个整数之间用一个空格隔开,表示第一列火柴的高度。

第三行有nnn个整数,每两个整数之间用一个空格隔开,表示第二列火柴的高度。

输出:

一个整数,表示最少交换次数对99,999,99799,999,99799,999,997取模的结果。

思路:

引理1.1:

令:
t≤∑i=1n(ai−bi)2t\le \sum_{i=1}^n(a_i-b_i)^2ti=1n(aibi)2
ai,bi∈Ra_i,b_i\in \mathbb Rai,biR时恒成立,则必有:
∣ai−bi∣|a_i-b_i|aibi
的值最小。

引理1.2:

当且仅当数列a,ba,ba,b的第kkk小一一对应满足∣ai−bi∣|a_i-b_i|aibi最小

令数列ccc, ddd分别为a, ba,\ ba, b的离散化序列,则必有:
ci=dic_i=d_ici=di

引理1.3:

q[ci]=diq[c_i]=d_iq[ci]=di,当且仅当ci=dic_i=d_ici=di时,qqq数组升序排列。

充分证明:
∵ci=di∵c_i=d_ici=di
∴q[ci]=ci∴q[c_i]=c_iq[ci]=ci
又∵ci∈[1,n]\text{又}∵c_i\in[1,n]ci[1,n]
∴q[i]=i∴q[i]=iq[i]=i

于是我们可以预处理出a, ba,\ ba, b的离散化序列,用树状数组求逆序对即可。

代码:

#include <cstdio>
#define R register
const int N = 1e+6 + 1;
const int Mod = 99999997;
int n, a[N], b[N], c[N], d[N], q[N];
int Reverse, tree[N];

inline void swap(int &x, int &y) {
	R int t = x; x = y, y = t;
}
inline int read() {
	R int x = 0, f = 1; char ch = getchar();
	while(ch < '0' || ch > '9') {if(ch == '-') f *= -1; ch = getchar();}
	while(ch >= '0' && ch <= '9') x = (x << 1) + (x << 3) + ch - '0', ch = getchar();
	return x * f;
}
inline void qsort(int l, int r, int *arr, int *rank) {
	int i = l, j = r, mid = arr[l + r >> 1];
	do {
		while(arr[i] < mid) i++;
		while(arr[j] > mid) j--;
		if(i <= j) {
			swap(arr[i], arr[j]);
			swap(rank[i], rank[j]);
			i++, j--;
		}
	}while(i <= j);
	if(i < r) qsort(i, r, arr, rank);
	if(j > l) qsort(l, j, arr, rank);
}
inline int lowbit(int x) {
	return x & (-x);
}
inline void update(int x, int k) {
	for(R int i = x; i <= n; i += lowbit(i))
		tree[i] += k;
}
inline int query(int x) {
	int sum = 0;
	for(R int i = x; i; i -= lowbit(i))
		sum += tree[i];
	return sum;
}
int main()
{
	n = read();
	for(R int i = 1; i <= n; i++) a[i] = read(), c[i] = i;
	for(R int i = 1; i <= n; i++) b[i] = read(), d[i] = i;
	qsort(1, n, a, c),
	qsort(1, n, b, d);
	for(R int i = 1; i <= n; i++) q[c[i]] = d[i];
	for(R int i = 1; i <= n; i++) {
		update(q[i], 1),
		Reverse += i - query(q[i]);
		if(Reverse >= Mod) Reverse -= Mod;
	}
	printf("%d", Reverse);
	return 0;
}
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