POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

题目链接:

https://vjudge.net/problem/POJ-2299

题目大意:

本题要求对于给定的无序数组,求出经过最少多少次相邻元素的交换之后,可以使数组从小到大有序。

两个数(a, b)的排列,若满足a > b,则称之为一个逆序对。

n < 500,000   0 ≤ a[i] ≤ 999,999,999

解题思路:

由于数据范围大,可以考虑离散化。

为什么要离散化?

离散化的目的就在于将这么多的数字转化成1-500000以内,然后开一个tree树状数组,下标就对应着数值

如何离散化?

从小到大离散化成1-n,比如数组9 1 0 5 4 离散化成5 2 1 4 3,然后就可以用树状数组做了。

开了树状数组,接下来怎么做?

从左往右依次往树状数组中加入元素,每次加入的时候,在对应下标的位置的数字加一,加入之后数一下在这个下标后面有多少个1,就是加入该数字的逆序对的数目

下面进行模拟 5 2 1 4 3,模拟之后你就懂了

最初的树状数组:

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

1、首先加入5,此时树状数组的第5个元素+1(红块表示加1),此时5的后面没有元素,所以加入5的逆序对为0,ans = 0

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

2、加入2,此时第2个元素加1,2的后面有一个红块(表示加一),所以加入2的逆序对为1, ans = 1

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

3、加入1,此时第1个元素加1,1的后面有两个红块(表示加一),所以加入1的逆序对为2, ans = 3

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

4、加入4,此时第4个元素加1,4的后面有一个红块(表示加一),所以加入4的逆序对为1, ans =4

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

5、加入3,此时第3个元素加1,3的后面有两个红块(表示加一),所以加入3的逆序对为2, ans = 6

POJ-2299 Ultra-QuickSort---树状数组求逆序对+离散化

利用树状数组可以在o(log(n))的时间复杂度求出当前数字的前缀和,进而可以求出在当前数字后面数字的个数(i-sum(x))(i表示已经加入的总数字的数目,sum(x)表示小于等于x的数字的数目,它们之差就是大于x的数字的数目)

这样就把逆序对问题和树状数组联系起来了。

还有需要注意的地方:

如果,数据之中有数字相等的情况,离散化应该怎么处理呢?

举个例子 2 2 2 2,如果离散化成1 2 3 4,那么每次加入的时候在树状数组中找比它大的元素个数,求出的逆序对为0,正确,这种处理不会产生冲突

如果离散化成4 3 2 1,求出的解时6,答案错误,所以在离散化的时候,权值小的离散之后的值小,权值相同的,下标在前面的离散后的值小。

小技巧:

用结构体存权值和id,排序之后根据id创建新的离散化后的数组

上代码:

 #include<iostream>
#include<algorithm>
#include<set>
#include<cstring>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int maxn = + ;
typedef long long ll;
struct node
{
int x, id;
bool operator < (const node& a)const
{
return x < a.x || x == a.x && id < a.id;
//从小到大排序,如果x相等,那么编号小的排在前面
//这是因为这样的话之后离散化的时候,编号小的离散化的数字也是小的
//之后求逆序对时需要按照原来ID顺序一个一个放离散化的数字
//相同的x最开始放入的值是小的,后面放入的值是大的,这样不会额外增加逆序对
//比如一个数组2 2 2 2 按照上述方法离散化成1 2 3 4,逆序对为0。
//如果离散化成4 3 2 1,则逆序对就会求错了
}
}a[maxn];
int b[maxn];
int tree[maxn];
int n;
int lowbit(int x)
{
return x & (-x);
}
void add(int x, int d)
{
while(x <= n)
{
tree[x] += d;
x += lowbit(x);
}
}
ll sum(int x)
{
ll ret = ;
while(x > )//此处等于0会导致无限循环
{
ret += tree[x];
x -= lowbit(x);
}
return ret;
}
int main()
{
while(cin >> n && n)
{
memset(tree, , sizeof(tree));
memset(a, , sizeof(a));
memset(b, , sizeof(b));
for(int i = ; i <= n; i++)
{
scanf("%d", &a[i].x);
a[i].id = i;
}
sort(a + , a + n + );
for(int i = ; i <= n; i++)
{
b[a[i].id] = i;//离散化操作,根据原来的id,进行大小的编号,从小到大编号1-n
}
ll ans = ;
for(int i = ; i <= n; i++)
{
add(b[i], );//将b[i]加入树状数组中
ans += i - sum(b[i]);//i-sum(b[i])表示目前加入了i个数,其中有sum(b[i])个数字比b[i]小,相减的结果就是目前比b[i]大的数字数目
}
cout<<ans<<endl;
}
return ;
}

离散化的另一种方式

之前是从小到大离散化,现在从大到小离散化,9 1 0 5 4 离散化成1 4 5 2 3,那进行树状数组求值的时候,每加入一个数,求前面比它小的数字即可,正好是树状数组的sum函数的作用

比如上述例子

1 4 5 2 3

加入1时,没有比1小的,ans=0

加入4时,有1个比4小,ans = 1;

加入5是,有2个比5小,ans = 3;

。。。。。。

同理,上述的有重复元素的时候2 2 2 2离散化成1 2 3 4的时候是错误的,因为这里是找比该数小的数字,所以1 2 3 4求出逆序对为6,是错误的

离散化成4 3 2 1的话,就是正确的。

上代码:(找不同,好好看看就懂了)

 #include<iostream>
#include<algorithm>
#include<set>
#include<cstring>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int maxn = + ;
typedef long long ll;
struct node
{
int x, id;
bool operator < (const node& a)const
{
return x > a.x || x == a.x && id > a.id;//这里变啦!!!
}
}a[maxn];
int b[maxn];
int tree[maxn];
int n;
int lowbit(int x)
{
return x & (-x);
}
void add(int x, int d)
{
while(x <= n)
{
tree[x] += d;
x += lowbit(x);
}
}
ll sum(int x)
{
ll ret = ;
while(x > )//此处等于0会导致无限循环
{
ret += tree[x];
x -= lowbit(x);
}
return ret;
}
int main()
{
while(cin >> n)
{
memset(tree, , sizeof(tree));
memset(a, , sizeof(a));
memset(b, , sizeof(b));
for(int i = ; i <= n; i++)
{
scanf("%d", &a[i].x);
a[i].id = i;
}
sort(a + , a + n + );
for(int i = ; i <= n; i++)
{
b[a[i].id] = i;//离散化操作,根据原来的id,进行大小的编号,从大到小编号1-n
}
ll ans = ;
for(int i = ; i <= n; i++)//还有下面的两行
{
ans += sum(b[i]);//下标比b[i]小,但是实际的数字比b[i]大(因为离散化的时候就是数字大的编号小)
add(b[i], );//要先调用sum,再调用add,因为先调用add的话,求sum的时候把自己也算进去了
}
cout<<ans<<endl;
}
}
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