POJ2299Ultra-QuickSort(归并排序 + 树状数组求逆序对)

树状数组求逆序对
 

转载:

树状数组,具体的说是 离散化+树状数组。这也是学习树状数组的第一题.

算法的大体流程就是:

1.先对输入的数组离散化,使得各个元素比较接近,而不是离散的,

2.接着,运用树状数组的标准操作来累计数组的逆序数。

算法详细解释:

1.解释为什么要有离散的这么一个过程?

刚开始以为999.999.999这么一个数字,对于int存储类型来说是足够了。

还有只有500000个数字,何必要离散化呢?

刚开始一直想不通,后来明白了,后面在运用树状数组操作的时候,

用到的树状数组C[i]是建立在一个有点像位存储的数组的基础之上的,

不是单纯的建立在输入数组之上。

比如输入一个9 1 0 5 4,那么C[i]树状数组的建立是在,

下标 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

数组 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1

现在由于999999999这个数字相对于500000这个数字来说是很大的,

所以如果用数组位存储的话,那么需要999999999的空间来存储输入的数据。

这样是很浪费空间的,题目也是不允许的,所以这里想通过离散化操作,

使得离散化的结果可以更加的密集。

2. 怎么对这个输入的数组进行离散操作?

离散化是一种常用的技巧,有时数据范围太大,可以用来放缩到我们能处理的范围;

因为其中需排序的数的范围0---999 999 999;显然数组不肯能这么大;

而N的最大范围是500 000;故给出的数一定可以与1.。。。N建立一个一一映射;

①当然用map可以建立,效率可能低点;

②这里用一个结构体

struct Node

{

int v,ord;

}p[510000];和一个数组a[510000];

其中v就是原输入的值,ord是下标;然后对结构体按v从小到大排序;

此时,v和结构体的下标就是一个一一对应关系,而且满足原来的大小关系;

for(i=1;i<=N;i++) a[p[i].ord]=i;

然后a数组就存储了原来所有的大小信息;

比如 9 1 0 5 4 ------- 离散后aa数组就是 5 2 1 4 3;

具体的过程可以自己用笔写写就好了。

3. 离散之后,怎么使用离散后的结果数组来进行树状数组操作,计算出逆序数?

如果数据不是很大, 可以一个个插入到树状数组中,

每插入一个数, 统计比他小的数的个数,

对应的逆序为 i- getsum( aa[i] ),

其中 i 为当前已经插入的数的个数,

getsum( aa[i] )为比 aa[i] 小的数的个数,

i- sum( aa[i] ) 即比 aa[i] 大的个数, 即逆序的个数

但如果数据比较大,就必须采用离散化方法

假设输入的数组是9 1 0 5 4, 离散后的结果aa[] = {5,2,1,4,3};

在离散结果中间结果的基础上,那么其计算逆序数的过程是这么一个过程。

1,输入5,   调用upDate(5, 1),把第5位设置为1

1 2 3 4 5

0 0 0 0 1

计算1-5上比5小的数字存在么? 这里用到了树状数组的getSum(5) = 1操作,

现在用输入的下标1 - getSum(5) = 0 就可以得到对于5的逆序数为0。

2. 输入2, 调用upDate(2, 1),把第2位设置为1

1 2 3 4 5

0 1 0 0 1

计算1-2上比2小的数字存在么? 这里用到了树状数组的getSum(2) = 1操作,

现在用输入的下标2 - getSum(2) = 1 就可以得到对于2的逆序数为1。

3. 输入1, 调用upDate(1, 1),把第1位设置为1

1 2 3 4 5

1 1 0 0 1

计算1-1上比1小的数字存在么? 这里用到了树状数组的getSum(1) = 1操作,

现在用输入的下标 3 - getSum(1) = 2 就可以得到对于1的逆序数为2。

4. 输入4, 调用upDate(4, 1),把第5位设置为1

1 2 3 4 5

1 1 0 1 1

计算1-4上比4小的数字存在么? 这里用到了树状数组的getSum(4) = 3操作,

现在用输入的下标4 - getSum(4) = 1 就可以得到对于4的逆序数为1。

5. 输入3, 调用upDate(3, 1),把第3位设置为1

1 2 3 4 5

1 1 1 1 1

计算1-3上比3小的数字存在么? 这里用到了树状数组的getSum(3) = 3操作,

现在用输入的下标5 - getSum(3) = 2 就可以得到对于3的逆序数为2。

6. 0+1+2+1+2 = 6 这就是最后的逆序数

分析一下时间复杂度,首先用到快速排序,时间复杂度为O(NlogN),

后面是循环插入每一个数字,每次插入一个数字,分别调用一次upData()和getSum()

外循环N, upData()和getSum()时间O(logN) => 时间复杂度还是O(NlogN).

最后总的还是O(NlogN).


 
Ultra-QuickSort
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Description

POJ2299Ultra-QuickSort(归并排序 + 树状数组求逆序对)In this problem, you have to analyze a particular sorting algorithm. The algorithm processes a sequence of n distinct integers by swapping two adjacent sequence elements until the sequence is sorted in ascending order. For the input sequence 
9 1 0 5 4 ,
Ultra-QuickSort produces the output 
0 1 4 5 9 .
Your task is to determine how many swap operations Ultra-QuickSort needs to perform in order to sort a given input sequence.

Input

The input contains several test cases. Every test case begins with a line that contains a single integer n < 500,000 -- the length of the input sequence. Each of the the following n lines contains a single integer 0 ≤ a[i] ≤ 999,999,999, the i-th input sequence element. Input is terminated by a sequence of length n = 0. This sequence must not be processed.

Output

For every input sequence, your program prints a single line containing an integer number op, the minimum number of swap operations necessary to sort the given input sequence.

Sample Input

5
9
1
0
5
4
3
1
2
3
0

Sample Output

6
0
 #include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int MAX = + ;
int c[MAX],n;
struct node
{
int index,key;
};
node a[MAX];
int cmp(node x,node y)
{
return x.key < y.key;
}
int lowbit(int k)
{
return k & (-k);
}
void update(int x,int num)
{
for(int i = x; i <= n; i+= lowbit(i))
{
c[i] += num;
}
}
long long getsum(int x)
{
long long s = ;
for(int i = x; i > ; i -= lowbit(i))
{
s += c[i];
}
return s;
}
int main()
{
while(scanf("%d", &n) != EOF && n)
{
for(int i = ; i <= n; i++)
{
scanf("%d", &a[i].key);
a[i].index = i;
}
sort(a + , a + n + , cmp);
memset(c, , sizeof(c));
long long sum = ;
for(int i = ; i <= n; i++)
{
update(a[i].index, );
sum += i - getsum(a[i].index);
}
printf("%I64d\n", sum);
} return ;
}
 #include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int MAX = + ;
int a[MAX],temp[MAX];
long long ans; //第一发wa,错在这个设成int
void MergArray(int first,int mid,int last,int temp[])
{
int i = first,j = mid + ;
int k = ;
while(i <= mid && j <= last)
{
if(a[i] < a[j])
{
temp[k++] = a[i++];
}
else
{
ans += (mid - i + );
temp[k++] = a[j++];
}
}
while(i <= mid)
temp[k++] = a[i++];
while(j <= last)
temp[k++] = a[j++];
for(int i = ; i < k; i++)
a[first + i] = temp[i];
}
void MergSort(int first,int last,int a[])
{
if(last > first)
{
int mid = (first + last) / ;
MergSort(first,mid,a);
MergSort(mid + ,last,a);
MergArray(first,mid,last,temp);
}
}
int main()
{
int n;
while(scanf("%d", &n) != EOF && n)
{
for(int i = ; i < n; i++)
{
scanf("%d", &a[i]);
}
ans = ;
MergSort(,n - ,a); printf("%I64d\n",ans);
}
return ;
}
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