codeforces#337 D. Vika and Segments

本文深入解析了一种离散扫描算法,用于计算由横纵坐标平行线段组成的二维图形中被覆盖的点数。通过将每条线段最小坐标减一简化问题,采用线段树和集合数据结构进行高效计算。详细步骤包括线段存储、排序、扫描更新和总面积计算,旨在解决复杂几何形状的面积计算问题。

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D. Vika and Segments(离散+扫描+线段数)

                time limit per test2 seconds
            memory limit per test256 megabytes
                    inputstandard input
                    outputstandard output

Vika has an infinite sheet of squared paper. Initially all squares are white. She introduced a two-dimensional coordinate system on this sheet and drew n black horizontal and vertical segments parallel to the coordinate axes. All segments have width equal to 1 square, that means every segment occupy some set of neighbouring squares situated in one row or one column.

Your task is to calculate the number of painted cells. If a cell was painted more than once, it should be calculated exactly once.

Input
The first line of the input contains a single integer n (1 ≤ n ≤ 100 000) — the number of segments drawn by Vika.

Each of the next n lines contains four integers x1, y1, x2 and y2 ( - 109 ≤ x1, y1, x2, y2 ≤ 109) — the coordinates of the endpoints of the segments drawn by Vika. It is guaranteed that all the segments are parallel to coordinate axes. Segments may touch, overlap and even completely coincide.

Output
Print the number of cells painted by Vika. If a cell was painted more than once, it should be calculated exactly once in the answer.

Sample test(s)
input
3
0 1 2 1
1 4 1 2
0 3 2 3
output
8
input
4
-2 -1 2 -1
2 1 -2 1
-1 -2 -1 2
1 2 1 -2
output
16
Note
In the first sample Vika will paint squares (0, 1), (1, 1), (2, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (0, 3) and (2, 3).
题目大意:给出一定数量的线段,且这些线段的宽度为1(即为矩形),求这些线段包括的总点数(即这些矩形的总面积)。
解题思路:
1、修改每条线段最小的x坐标和y坐标,将其减一,变成求这些矩形的总面积。
2、每个矩形可以由两条水平线段表示,上水平线和下水平线进行存储(并标记1为下水平线,-1为上水平线)。
3、将这些水平线用其所处的高度进行从底端到顶端排序。
4、并用集合set记录这些水平线左右两个端点的坐标,进行排序。
5、用线段树表示每两个x坐标之间存在点的个数,并用cover数组记录是否两个x坐标之间被覆盖的次数进行更新。
6、开始对水平线从底端到顶端进行扫描,维持线段树。
7、当为下水平线时,就将其覆盖的两个x坐标之间的数组覆盖次数加一,并对其点数进行更新。当为上水平线时,就将其覆盖的两个x坐标之间的数组覆盖次数减一,并对其点数进行更新。算出每层高度之间的总面积并进行相加求出总点数。
总结:
用线段树存储的好处在于每层高度之间记录总的水平线长度总是最大的,并不受当前水平线影响,之前覆盖过的水平线段仍能发挥其作用直到其对应的上水平线出现才失去作用,就算有水平线重叠也只计算一次。

#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstring>
using namespace std;
const int maxn = 100010;
struct lines {
    int x1;
    int x2;
    int h;
    int flag;
    friend bool operator< (lines a, lines b) {
        return a.h < b.h;
    }
};
long long cover[maxn<<4], sum[maxn<<4];
int w[maxn<<2], tot = 0, lenx = 0;
lines edges[maxn<<2];
void add_edge(int x, int x1, int h, int cover) { //存储每个矩形的水平线
    edges[tot].x1 = x;
    edges[tot].x2 = x1;
    edges[tot].h = h;
    edges[tot++].flag = cover;
}
void unite() { //合并重合的x坐标
    int k = lenx;
    lenx = 1;
    for (int i = 1; i < k; i++) {
        if (w[i] != w[i-1]) {
            w[lenx++] = w[i];
        }
    }
}
int binary_find(int x) { //查找对应的x坐标,返回下标
    int l = 0, r = lenx;
    while (l <= r) {
        int mid = (l+r)/2;
        if (w[mid] == x)
            return mid;
        else if (w[mid] < x)
            l = mid+1;
        else
            r = mid-1;
    }
    return -1;
}
void maintain(int l, int r, int root) {
    if (cover[root] > 0) {
        sum[root] = w[r] - w[l];
    } else if (l == r-1) {
        sum[root] = 0;
    } else {
        sum[root] = sum[root<<1] + sum[root<<1 | 1];
    }
}
void query(int L, int R, int flag, int l, int r, int root) {
    if (L <= l && r <= R) {
        cover[root] += flag;
        maintain(l, r, root);
        return;
    } else if (r-1 == l) {
        return;
    }
    int mid = (l+r)/2;
    if (mid >= L) query(L, R, flag, l, mid, root << 1);
    if (mid < R) query(L, R, flag, mid, r, (root << 1 | 1));
    //正常的线段树传递的是mid+1,而这里结合实际意义需要传递mid,防止mid和mid+1之间有点数存在却无法存储之间的点数
    maintain(l, r, root);
}
int main() {
    int n, x1, x2, y1, y2;
    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0;i < n; i++) {
        scanf("%d%d%d%d", &x1, &y1, &x2, &y2);
        if (x2 < x1 || y2 < y1) {
            swap(x1, x2);
            swap(y1, y2);
        }
        x1--;
        y1--;//将宽度变为1,点数增加1,计算方便
        add_edge(x1, x2, y1, 1); // 上水平线赋值为1
        add_edge(x1, x2, y2, -1);  //下水平线赋值为-1
        w[lenx++] = x1;
        w[lenx++] = x2;
    }
    memset(cover, 0, sizeof(cover));
    memset(sum, 0, sizeof(sum));
    sort(w, w+lenx);//进行排序,用线段树对其每两个x坐标之间存在的点数进行更新
    unite();
    sort(edges, edges+tot);
    long long ans = 0;
    for (int i = 0; i < tot-1; i++) {
        int L = binary_find(edges[i].x1);
        int R = binary_find(edges[i].x2);
        query(L, R, edges[i].flag, 0, lenx-1, 1);//更新线段树
        ans += (edges[i+1].h - edges[i].h) * sum[1];//计算每层高度之间的总面积
    }
    printf("%lld\n", ans);
}
### 关于Codeforces Round 925 Div. 3 的题目及解析 #### A. Plus One on the Subset 在这个问题中,给定一个整数序列 \(a_1, a_2, \ldots, a_n\) 和若干次操作。每次可以选择任意子集并将这些位置上的元素增加一。目标是最少的操作次数使得所有元素都变成相同的值[^1]。 ```cpp #include <iostream> using namespace std; int main() { int t; cin >> t; while (t--) { int n; cin >> n; bool all_same = true; int first_value; cin >> first_value; for (int i = 1; i < n; ++i) { int temp; cin >> temp; if (temp != first_value) all_same = false; } if (all_same || n == 1) cout << "0\n"; else cout << "1\n"; } } ``` 这段代码通过判断输入数组中的所有元素是否已经相同来决定最少需要几次操作可以完成任务。如果所有的数值一开始就相等,则不需要任何改变;如果有不同的数值存在,则只需一次操作就可以让整个集合内的数字变得一致。 #### B. Multiply by Two, Divide by One 此题要求处理一系列由两个正整数构成的询问,对于每一个询问给出的结果是能否仅利用两种变换——将当前数翻倍或是除以二(当且仅当该数为偶数时),最终达到另一个指定的目标值。 为了实现这一点,可以从终点反向推导回起点,在每一步尝试逆运算直到回到起始状态或者发现不可能的情况为止。具体来说就是不断地执行减半(如果是奇数则无法继续)以及加上其一半的过程,直至到达原点或确认不可达性。 #### C. Make It Increasing 这个问题的任务是在不违反特定条件下尽可能多地保留原始数组里的项的同时构建一个新的严格递增序列。允许的操作是从已有的列表里移除某些成员而不改变其余部分相对顺序。 一种有效的策略是对初始数据先做预处理排序之后再逐一遍历比较相邻两项之间的关系,以此为基础做出取舍决策。这样做的好处是可以快速定位哪些地方出现了重复或者是不符合增长趋势的地方,并据此调整方案。 #### D. Yet Another Array Partitioning Problem 本题涉及到了如何分割一个长度固定的整型数组成多个连续片段的问题,目的是最小化各分段内部最大差值之和的最大可能值。这实际上是一个经典的动态规划问题变种版本之一。 解决方法通常涉及到定义合适的DP表格用于记录中间计算结果以便后续查询使用。这里的关键在于合理设计转移方程从而能够高效求得最优解路径。同时还需要注意边界条件设定以免造成逻辑错误影响整体性能表现。 #### E. The Strongest Build 针对这一挑战,背景设置在一个虚拟编程竞赛平台之上,参赛者们被鼓励提交自己的解决方案参与评分竞争。然而有趣的是,评判标准并非单纯基于运行效率而是取决于所选算法复杂度级别与实际消耗资源量之间是否存在显著差异作为奖励依据。 因此解答此类问题往往需要综合考量时间空间开销等因素的影响程度,进而挑选出最适宜当下环境状况的最佳实践方式来进行编码实现。此外还需特别留意特殊测试用例的存在可能性及其应对措施安排等问题细节之处。
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