• NOI题库分治算法刷题记录


    今天晚自习机房刷题,有一道题最终WA掉两组,极其不爽,晚上回家补完作业欣然搞定它,特意来写篇博文来记录下
    

    (最想吐槽的是这个叫做分治的分类,里面的题目真的需要分治吗。。。)
    先来说下分治法
    分治法的设计思想是:将一个难以直接解决的大问题,分割成一些规模较小的相同问题,以便各个击破,分而治之。
    分治策略是:对于一个规模为n的问题,若该问题可以容易地解决(比如说规模n较小)则直接解决,否则将其分解为k个规模较小的子问题,这些子问题互相独立且与原问题形式相同,递归地解这些子问题,然后将各子问题的解合并得到原问题的解。这种算法设计策略叫做分治法。
    三、分治法适用的情况

    分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征:

    1) 该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决

    2) 该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题,即该问题具有最优子结构性质。

    3) 利用该问题分解出的子问题的解可以合并为该问题的解;

    4) 该问题所分解出的各个子问题是相互独立的,即子问题之间不包含公共的子子问题。

    第一条特征是绝大多数问题都可以满足的,因为问题的计算复杂性一般是随着问题规模的增加而增加;

    第二条特征是应用分治法的前提它也是大多数问题可以满足的,此特征反映了递归思想的应用;、

    第三条特征是关键,能否利用分治法完全取决于问题是否具有第三条特征,如果具备了第一条和第二条特征,而不具备第三条特征,则可以考虑用贪心法或动态规划法。

    第四条特征涉及到分治法的效率,如果各子问题是不独立的则分治法要做许多不必要的工作,重复地解公共的子问题,此时虽然可用分治法,但一般用动态规划法较好。

    依据分治法设计程序时的思维过程

    实际上就是类似于数学归纳法,找到解决本问题的求解方程公式,然后根据方程公式设计递归程序。
    1、一定是先找到最小问题规模时的求解方法
    2、然后考虑随着问题规模增大时的求解方法
    3、找到求解的递归函数式后(各种规模或因子),设计递归程序即可。
    网上和书上学了下,然而你丫做题基本用不大着,也是令我非常无奈

    下面是题目。。。。

    一、输出前k大的数
    7617:输出前k大的数

    总时间限制: 10000ms 单个测试点时间限制: 1000ms 内存限制: 65536kB
    描述
    给定一个数组,统计前k大的数并且把这k个数从大到小输出。

    输入
    第一行包含一个整数n,表示数组的大小。n < 100000。
    第二行包含n个整数,表示数组的元素,整数之间以一个空格分开。每个整数的绝对值不超过100000000。
    第三行包含一个整数k。k < n。
    输出
    从大到小输出前k大的数,每个数一行。
    样例输入
    10
    4 5 6 9 8 7 1 2 3 0
    5
    样例输出
    9
    8
    7
    6
    5
    然而此题略蛋疼,表示C++党一个sort轻松+愉快
    于是就有代码。。。

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    int a[100000]={0};
    int main()
    {
        int n,m;
        cin>>n;
        for (int i=1;i<=n;i++)
         scanf("%d",&a[i]);
        sort(a+1,a+n+1);
        cin>>m;
        for (int i=n;i>=n-m+1;i--)
         cout<<a[i]<<endl;
         //printf("%d ",&a[i]);
      return 0;
    } 

    此题不解释
    二、区间合并
    这个题好像排序也解决了。。。表示我不禁想吐槽了
    代码(这个题一开始智商被压制了。。。有点略蠢)

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    struct data{
        int head,tail;
    };
    data qj[50010]={0};
    int cmp(data x,data y)
    {
      if (x.head<y.head)
       return 1;
      else
       if (x.head==y.head)
        if (x.tail<=y.tail)
         return 1;
        else
         return 0;
       else
        return 0;   
    }
    
    int main()
    {
        int n;
        bool f=false;
        int start=0,end=0;//如果可以合并,开头和结尾 
        scanf("%d",&n);
        int i,j;
        for (i=1;i<=n;i++)
         { 
          scanf("%d%d",&qj[i].head,&qj[i].tail);
          end=max(end,qj[i].tail);//表示结尾的取所有区间的结尾的最大值 
         }
        sort(qj+1,qj+n+1,cmp);//按照区间的开头进行排序,从小到大,一样则结尾从小到大排序 
        start=qj[1].head;//表示开头的为最小的那个 
        int h=qj[1].head,t=qj[1].tail;//为下文判断是否可以合并做准备 
        for (i=2;i<=n;i++)
          if (qj[i].head>t)//因为有序,满足这个就不能合并 
           {f=true;break;}
          else
           t=max(t,qj[i].tail); //两个合并后,把当前最大的结尾记录,为以后对比做铺垫 
        if (!f)
         printf("%d %d",start,end);
        else
         printf("no");
     return 0;   
    }

    三、求排列的逆序数
    逆序数,及排列中的逆序对的个数,此处用的归并排序,对归并排序进行一个计数的操作即可实现(终于正常的用了次分治,着实不易啊)

    7622:求排列的逆序数

    总时间限制: 1000ms 内存限制: 65536kB
    描述
    在Internet上的搜索引擎经常需要对信息进行比较,比如可以通过某个人对一些事物的排名来估计他(或她)对各种不同信息的兴趣,从而实现个性化的服务。

    对于不同的排名结果可以用逆序来评价它们之间的差异。考虑1,2,…,n的排列i1,i2,…,in,如果其中存在j,k,满足 j < k 且 ij > ik, 那么就称(ij,ik)是这个排列的一个逆序。

    一个排列含有逆序的个数称为这个排列的逆序数。例如排列 263451 含有8个逆序(2,1),(6,3),(6,4),(6,5),(6,1),(3,1),(4,1),(5,1),因此该排列的逆序数就是8。显然,由1,2,…,n 构成的所有n!个排列中,最小的逆序数是0,对应的排列就是1,2,…,n;最大的逆序数是n(n-1)/2,对应的排列就是n,(n-1),…,2,1。逆序数越大的排列与原始排列的差异度就越大。

    现给定1,2,…,n的一个排列,求它的逆序数。

    输入
    第一行是一个整数n,表示该排列有n个数(n <= 100000)。
    第二行是n个不同的正整数,之间以空格隔开,表示该排列。
    输出
    输出该排列的逆序数。
    样例输入
    6
    2 6 3 4 5 1
    样例输出
    8
    提示
    1. 利用二分归并排序算法(分治);
    2. 注意结果可能超过int的范围,需要用long long存储。

    此处稍提一下归并排序
    归并排序的基本思想
    将待排序序列R[0…n-1]看成是n个长度为1的有序序列,将相邻的有序表成对归并,得到n/2个长度为2的有序表;将这些有序序列再次归并,得到n/4个长度为4的有序序列;如此反复进行下去,最后得到一个长度为n的有序序列。
    综上可知:
    归并排序其实要做两件事:
    (1)“分解”——将序列每次折半划分。
    (2)“合并”——将划分后的序列段两两合并后排序。
    这道题在归并时记一个数就可以,具体的可以证明,但就不多提了
    代码:

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    using namespace std;
    int a[100010]={0},L[100010]={0},R[100010]={0};
    long long ans=0;
    #define M 1000000000;
    
    void gb(int left,int mid,int right)
    {
        int ll=mid-left+1; 
        int lr=right-mid;
         for (int i=1;i<=ll;i++)
          L[i]=a[left+i-1];//此操作方便处理 
         for (int i=1;i<=lr;i++)
          R[i]=a[mid+i];
         L[ll+1]=M;//将最后一个赋给一个极大值,可以当作一个“哨兵”非常的精妙,然而经测试似乎不加这条语句会出错 
         R[lr+1]=M;
         int l=1,r=1;
         for (int i=left; i<=right; i++)
          {
            if (L[l]<=R[r])
             {
              a[i]=L[l];
              l++;
             }
            else
             {
              a[i]=R[r];
              r++;
              ans+=ll-l+1;//求逆序对的唯一多出来的语句 
             }
          }
    }
    
    void gbsort(int left,int right)
    {
      int mid=(left+right)/2;
      if (left<right)
       {
         gbsort(left,mid);//不断分治 
         gbsort(mid+1,right);
         gb(left,mid,right);
       }    
    }
    
    int main()
    {
        int n;
        scanf("%d",&n);
        for (int i=1; i<=n; i++)
         scanf("%d",&a[i]);
        gbsort(1,n);
        printf("%lld",ans);
      return 0;
    }

    四、一元三次方程求解
    然而第一眼看到这个题其实我是拒绝的,有想过用求根公式,然而本人数学并不是非常好(当然也不是很差)表示求根公式和数学求法非常神,表示理解还不如二分查找答案多编几行代码快,于是开始二分
    PS:此处鸣谢聪哥的数学指引

    7891:一元三次方程求解

    总时间限制: 1000ms 内存限制: 65536kB
    描述
    有形如:ax3+bx2+cx+d=0 这样的一个一元三次方程。

    给出该方程中各项的系数(a,b,c,d 均为实数),并约定该方程存在三个不同实根(根的范围在-100至100之间),且根与根之差的绝对值>=1。要求由小到大依次在同一行输出这三个实根(根与根之间留有空格),并精确到小数点后2位。

    输入
    一行,包含四个实数a,b,c,d,相邻两个数之间用单个空格隔开。
    输出
    一行,包含三个实数,为该方程的三个实根,按从小到大顺序排列,相邻两个数之间用单个空格隔开,精确到小数点后2位。
    样例输入
    1.0 -5.0 -4.0 20.0
    样例输出
    -2.00 2.00 5.00
    提示
    记方程f(x)=0,若存在2个数x1和x2,且x1(此处题目应该是残了。。。)(请无视)
    闲话不多说上代码吧,这个题也没什么好扯的。。。

    #include<cstdio>
    #include<cmath>
    using namespace std;
    double a,b,c,d;
    
    double f(double x)
    {
      return a*x*x*x+b*x*x+c*x+d;   
    }
    
    double search(double left,double right)
    {
       double mid=(left+right)/2;
        if (right-left<1e-4) return mid;
        else
         {
            if (f(mid)==0) return mid;
            else if (f(left)*f(mid)<0) return search(left,mid);
            else return search(mid,right);
         }
    }
    
    int main()
    {
        double x1,x2;
        scanf("%lf%lf%lf%lf",&a,&b,&c,&d);
        if (a<0)
         {
            a=-a;b=-b;c=-c;d=-d;
         }
         x1=(-2*b-sqrt(4*b*b-12*a*c))/(a*6);
         x2=(-2*b+sqrt(4*b*b-12*a*c))/(a*6);
         double ans1,ans2,ans3;
         ans1=search(-101,x1);
         ans2=search(x1,x2);
         ans3=search(x2,101);
         printf("%.2f %.2f %.2f",ans1,ans2,ans3);
      return 0;
    }

    五、统计数字
    第一眼看题,以为是随便一个桶排就出来了,后来一看数据范围就呵呵了,不过这个题着实还是不难,然而还没有离散化难呢,那怕个什么啊,水量仅次第一题的存在,排个序,统计个数一波输出,一波带走
    然而我蛋神@tyc0520居然一开始不会编,表示莫名奇妙,先跪一发

    7909:统计数字

    总时间限制: 1000ms 内存限制: 65536kB
    描述
    某次科研调查时得到了n个自然数,每个数均不超过1500000000(1.5*109)。已知不相同的数不超过10000个,现在需要统计这些自然数各自出现的次数,并按照自然数从小到大的顺序输出统计结果。

    输入
    包含n+1行:
    第一行是整数n,表示自然数的个数;
    第2~n+1每行一个自然数。

    40%的数据满足:1<=n<=1000;
    80%的数据满足:1<=n<=50000;
    100%的数据满足:1<=n<=200000,每个数均不超过1500 000 000(1.5*10^9)。
    输出
    包含m行(m为n个自然数中不相同数的个数),按照自然数从小到大的顺序输出。每行输出两个整数,分别是自然数和该数出现的次数,其间用一个空格隔开。
    样例输入
    8
    2
    4
    2
    4
    5
    100
    2
    100
    样例输出
    2 3
    4 2
    5 1
    100 2
    下面是代码:

    #include<iostream>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    int a[200010]={0};
    int main()
    {
        int n;
        scanf("%d",&n);
        for (int i=1;i<=n;i++)
         scanf("%d",&a[i]);
        sort(a+1,a+n+1);
        int sum=0;
        for (int i=1;i<=n;i++)
        {
            sum++; 
         if (a[i]==a[i+1])
          continue;
         else
          {
                printf("%d %d
    ",a[i],sum);
                sum=0;
          }
        }
      return 0;
    } 

    好了,时间不早了,洗睡去了,表示前路漫漫,仍须努力啊

    ——It's a lonely path. Don't make it any lonelier than it has to be.
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