【逆序对树状树状离散化】P1966 [NOIP 2013 提高组] 火柴排队|普及+-优快云博客

本文涉及知识点

【C++】树状数组的使用、原理、封装类、样例逆序对

P1966 [NOIP 2013 提高组] 火柴排队

题目背景

NOIP2013 提高组 D1T2

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：$ \sum (a_i-b_i)^2$。

其中 $a_i$ 表示第一列火柴中第 $i$ 个火柴的高度， $b_i$ 表示第二列火柴中第 $i$ 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 $10^8-3$ 取模的结果。

输入格式

共三行，第一行包含一个整数 $n$ ，表示每盒中火柴的数目。

第二行有 $n$ 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 $n$ 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。

输出格式

一个整数，表示最少交换次数对 $10^8-3$ 取模的结果。

输入输出样例 #1

输入 #1

4
2 3 1 4
3 2 1 4

输出 #1

输入输出样例 #2

输入 #2

4
1 3 4 2
1 7 2 4

输出 #2

说明/提示

输入输出样例说明一

最小距离是 $ 0$，最少需要交换 $1$ 次，比如：交换第 $1 $ 列的前 $ 2$ 根火柴或者交换第 $2$ 列的前 $2 $ 根火柴。

输入输出样例说明二

最小距离是 $10$ ，最少需要交换 $2$ 次，比如：交换第 $1$ 列的中间 $2$ 根火柴的位置，再交换第 $2$ 列中后 $2$ 根火柴的位置。

数据范围

对于 $10\%$ 的数据， $\leq n \leq 10$ ；

对于 $30\%$ 的数据， $\leq n \leq 100$ ；

对于 $60\%$ 的数据， $\leq n \leq 10^3$ ；

对于 $100\%$ 的数据， $\leq n \leq 10^5$ ， $\leq a_i,b_i < 2^{31}$ 且对于任意 $1\le i<j\le n$ ， $a_i\neq a_j$ ， $b_i\neq b_j$ 。

逆序对树状树状

性质一：令 $a_m是a的最小值，b_n是b的最小值$ 。则 $a_m和b_n$ 对应优于其它方案。
某方案： $a_m对应b_p,a_q对应b_n$ ，新方案： $a_m对应b_n,a_q对应b_p$ 。
旧方案这两组距离： $a_m^2-2 a_m\times b_p + b_p^2+a_q^2-2a_q\times b_n+b_n2$
新方案这两组距离： $a_m^2-2a_m\times b_n+ b_n^2 +a_q^2- 2 a_q \times b_p + b_p^2$
式子一=(旧方案-新方案) $\div 2=a_m \times b_n + a_q \times b_p - a_m \times b_p - a_q \times b_n$
令 $a_q = a_m + x,b_p=b_n+y。x>0,y>0$
式子一= $a_m \times b_n + (a_m+x)\times(b_n+y) - a_m \times(b_n + y) -(a_m+x)\times b_n =x\times y>0$ 。某方案劣于新方案。
性质二： $a_m 对应b_n$ 后，删除 $a_m,b_n$ 继续迭代。即最小对应最小，次小对应次小 $\cdots$
性质三：我们只关心a(b)的相对大小，故可以离散化。
性质四：离散化后。 i对应i,j对应j。故同时将a和b的i、j互换，不影响结果。

实现

对a、b离散化。
mCode[a[i]]=i。
b[i] =mCode[b[i]]。
答案就是b的逆序对数量。

代码

核心代码

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <vector>
#include<map>
#include<unordered_map>
#include<set>
#include<unordered_set>
#include<string>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<queue>
#include <stack>
#include<iomanip>
#include<numeric>
#include <math.h>
#include <climits>
#include<assert.h>
#include<cstring>
#include<list>

#include <bitset>
using namespace std;

template<class T1, class T2>
std::istream& operator >> (std::istream& in, pair<T1, T2>& pr) {
	in >> pr.first >> pr.second;
	return in;
}

template<class T1, class T2, class T3 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3>& t) {
	in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t);
	return in;
}

template<class T1, class T2, class T3, class T4 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3, T4>& t) {
	in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) >> get<3>(t);
	return in;
}

template<class T1, class T2, class T3, class T4, class T5 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3, T4, T5>& t) {
	in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) >> get<3>(t) >> get<4>(t);
	return in;
}

template<class T1, class T2, class T3, class T4, class T5, class T6 >
std::istream& operator >> (std::istream& in, tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6>& t) {
	in >> get<0>(t) >> get<1>(t) >> get<2>(t) >> get<3>(t) >> get<4>(t) >> get<5>(t);
	return in;
}

template<class T = int>
vector<T> Read() {
	int n;
	cin >> n;
	vector<T> ret(n);
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		cin >> ret[i];
	}
	return ret;
}
template<class T = int>
vector<T> ReadNotNum() {
	vector<T> ret;
	T tmp;
	while (cin >> tmp) {
		ret.emplace_back(tmp);
		if ('\n' == cin.get()) { break; }
	}
	return ret;
}

template<class T = int>
vector<T> Read(int n) {
	vector<T> ret(n);
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		cin >> ret[i];
	}
	return ret;
}

template<int N = 1'000'000>
class COutBuff
{
public:
	COutBuff() {
		m_p = puffer;
	}
	template<class T>
	void write(T x) {
		int num[28], sp = 0;
		if (x < 0)
			*m_p++ = '-', x = -x;

		if (!x)
			*m_p++ = 48;

		while (x)
			num[++sp] = x % 10, x /= 10;

		while (sp)
			*m_p++ = num[sp--] + 48;
		AuotToFile();
	}
	void writestr(const char* sz) {
		strcpy(m_p, sz);
		m_p += strlen(sz);
		AuotToFile();
	}
	inline void write(char ch)
	{
		*m_p++ = ch;
		AuotToFile();
	}
	inline void ToFile() {
		fwrite(puffer, 1, m_p - puffer, stdout);
		m_p = puffer;
	}
	~COutBuff() {
		ToFile();
	}
private:
	inline void AuotToFile() {
		if (m_p - puffer > N - 100) {
			ToFile();
		}
	}
	char  puffer[N], * m_p;
};

template<int N = 1'000'000>
class CInBuff
{
public:
	inline CInBuff() {}
	inline CInBuff<N>& operator>>(char& ch) {
		FileToBuf();
		ch = *S++;
		return *this;
	}
	inline CInBuff<N>& operator>>(int& val) {
		FileToBuf();
		int x(0), f(0);
		while (!isdigit(*S))
			f |= (*S++ == '-');
		while (isdigit(*S))
			x = (x << 1) + (x << 3) + (*S++ ^ 48);
		val = f ? -x : x; S++;//忽略空格换行		
		return *this;
	}
	inline CInBuff& operator>>(long long& val) {
		FileToBuf();
		long long x(0); int f(0);
		while (!isdigit(*S))
			f |= (*S++ == '-');
		while (isdigit(*S))
			x = (x << 1) + (x << 3) + (*S++ ^ 48);
		val = f ? -x : x; S++;//忽略空格换行
		return *this;
	}
	template<class T1, class T2>
	inline CInBuff& operator>>(pair<T1, T2>& val) {
		*this >> val.first >> val.second;
		return *this;
	}
	template<class T1, class T2, class T3>
	inline CInBuff& operator>>(tuple<T1, T2, T3>& val) {
		*this >> get<0>(val) >> get<1>(val) >> get<2>(val);
		return *this;
	}
	template<class T1, class T2, class T3, class T4>
	inline CInBuff& operator>>(tuple<T1, T2, T3, T4>& val) {
		*this >> get<0>(val) >> get<1>(val) >> get<2>(val) >> get<3>(val);
		return *this;
	}
	template<class T = int>
	inline CInBuff& operator>>(vector<T>& val) {
		int n;
		*this >> n;
		val.resize(n);
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			*this >> val[i];
		}
		return *this;
	}
	template<class T = int>
	vector<T> Read(int n) {
		vector<T> ret(n);
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			*this >> ret[i];
		}
		return ret;
	}
	template<class T = int>
	vector<T> Read() {
		vector<T> ret;
		*this >> ret;
		return ret;
	}
private:
	inline void FileToBuf() {
		const int canRead = m_iWritePos - (S - buffer);
		if (canRead >= 100) { return; }
		if (m_bFinish) { return; }
		for (int i = 0; i < canRead; i++)
		{
			buffer[i] = S[i];//memcpy出错			
		}
		m_iWritePos = canRead;
		buffer[m_iWritePos] = 0;
		S = buffer;
		int readCnt = fread(buffer + m_iWritePos, 1, N - m_iWritePos, stdin);
		if (readCnt <= 0) { m_bFinish = true; return; }
		m_iWritePos += readCnt;
		buffer[m_iWritePos] = 0;
		S = buffer;
	}
	int m_iWritePos = 0; bool m_bFinish = false;
	char buffer[N + 10], * S = buffer;
};

template<class ELE = int >
class ITreeArrSumOpe
{
public:
	virtual void Assign(ELE& dest, const ELE& src) = 0;
	virtual ELE Back(const ELE& n1, const ELE& n2) = 0;
};

template<class ELE = int >
class CTreeArrAddOpe :public ITreeArrSumOpe<ELE>
{
public:
	virtual void Assign(ELE& dest, const ELE& src) {
		dest += src;
	}
	virtual ELE Back(const ELE& n1, const ELE& n2) {
		return n1 - n2;
	}
};

template<class ELE = int, class ELEOpe = CTreeArrAddOpe<ELE> >
class CTreeArr
{
public:
	CTreeArr(int iSize) :m_vData(iSize + 1)
	{

	}
	void Add(int index, ELE value)
	{
		if ((index < 0) || (index >= m_vData.size() - 1)) { return; }
		index++;
		while (index < m_vData.size())
		{
			m_ope.Assign(m_vData[index], value);
			index += index & (-index);
		}
	}
	ELE Sum(int index)//[0...index]之和
	{
		index++;
		ELE ret = 0;
		while (index)
		{
			m_ope.Assign(ret, m_vData[index]);
			index -= index & (-index);
		}
		return ret;
	}
	ELE Sum() { return Sum(m_vData.size() - 2); }
	ELE Get(int index)
	{
		return m_ope.Back(Sum(index), Sum(index - 1));
	}
private:
	ELEOpe m_ope;
	vector<ELE> m_vData;
};

template<class T = int>
class CDiscretize //离散化
{
public:
	CDiscretize(vector<T> nums)
	{
		sort(nums.begin(), nums.end());
		nums.erase(std::unique(nums.begin(), nums.end()), nums.end());
		m_nums = nums;
		for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
		{
			m_mValueToIndex[nums[i]] = i;
		}
	}
	int operator[](const T value)const
	{
		auto it = m_mValueToIndex.find(value);
		if (m_mValueToIndex.end() == it)
		{
			return -1;
		}
		return it->second;
	}
	int size()const
	{
		return m_mValueToIndex.size();
	}
	vector<T> m_nums;
protected:
	unordered_map<T, int> m_mValueToIndex;
};
class Solution {
public:
	int Ans(vector<int>& A, vector<int>& B) {
		const int N = A.size();
		CDiscretize<int>disA(A), disB(B);
		for (auto& n : A) {
			n = disA[n];
		}
		for (auto& n : B) {
			n = disB[n];
		}
		unordered_map<int, int> mCode;
		for (int i = 0;i < N;i++) {
			mCode[A[i]] = i;
		}
		for (auto& n : B) {
			n = mCode[n];
		}
		CTreeArr<int> bit(N);
		long long ans = 0;
		for (const auto& n : B) {
			ans += bit.Sum() - bit.Sum(n);
			bit.Add(n, 1);
		}
		return ans % (100'000'000 - 3);
	}
};

int main() {
#ifdef _DEBUG
	freopen("a.in", "r", stdin);
#endif // DEBUG		
	int n;
	cin >> n;
	auto A = Read<int>(n);
	auto B = Read<int>(n);
#ifdef _DEBUG		
	/*printf("T=%d,", T);*/
	Out(A, "A=");
	Out(B, "B=");
#endif // DEBUG	
	auto res = Solution().Ans(A,B);
	cout << res << endl;
	return 0;
}

单元测试

vector<int> A,B;
		TEST_METHOD(TestMethod11)
		{
			A = { 2,3,1,4 },B = { 3,2,1,4 };
			auto res = Solution().Ans(A,B);
			AssertEx(1, res);
		}
		TEST_METHOD(TestMethod12)
		{
			A = { 1,3,4,2 },B = { 1,7,2,4 };
			auto res = Solution().Ans(A, B);
			AssertEx(2, res);
		}

扩展阅读

我想对大家说的话
工作中遇到的问题，可以按类别查阅鄙人的算法文章，请点击《算法与数据汇总》。
学习算法：按章节学习《喜缺全书算法册》，大量的题目和测试用例，打包下载。重视操作
有效学习：明确的目标及时的反馈拉伸区（难度合适）专注
员工说：技术至上，老板不信；投资人的代表说：技术至上，老板会信。
闻缺陷则喜(喜缺)是一个美好的愿望，早发现问题，早修改问题，给老板节约钱。
子墨子言之：事无终始，无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙，那算法就是他的是睛
失败+反思=成功成功+反思=成功

视频课程

先学简单的课程，请移步优快云学院，听白银讲师（也就是鄙人）的讲解。
https://edu.youkuaiyun.com/course/detail/38771
如何你想快速形成战斗了，为老板分忧，请学习C#入职培训、C++入职培训等课程
https://edu.youkuaiyun.com/lecturer/6176