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POJ 2299 Ultra-QuickSort 【归并排序 || 树状数组求逆序对数】

2013年06月04日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4680字 ⁄ 字号 评论关闭

原题链接:http://poj.org/problem?id=2299

Ultra-QuickSort
Time Limit: 7000MS   Memory Limit: 65536K
Total Submissions: 31043   Accepted: 11066

Description

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

Source

题意:求逆序数。

算法:归并排序,好像还有个树状数组的也可以解决,实在没弄明白,明天再想吧。。。

思路:归并合并时,一旦遇到前面一半的元素i大于后面一半中的元素j,那么就说明从素 i 开始一直到前面一半结束,每一个数都 

            和j组成逆序对,需交换。

注意:最坏的情况下 ans = 500000*500000/2要用long long型,开始没有注意WA了好久。

PS:应该算是很简单的一道题目了,KB神给我讲了一遍,还是看了好久才AC敲打明天继续树状数组版本。。。

    5个月了, 重新学树状数组,终于明白了树状数组的解法Orz   ————free斩  2013/8/11


//Accepted	3692 KB	391 ms	C++	750 B	2013-03-08 21:37:57
#include<cstdio>
#include<cstring>

const int maxn = 500000 + 10;

int a[maxn];
int t[maxn];
int n;
__int64 ans;

void merge_sort(int *a, int x, int y, int *t)
{
	if(y-x > 1)
	{
		int m = x + (y-x)/2;
		int p = x, q = m, i = x;
	 
		merge_sort(a, x, m, t);
		merge_sort(a, m, y, t);
		
		while(p < m && q < y) //合并 
		{
			if(a[p] <= a[q]) t[i++] = a[p++];
			else
			{
				t[i++] = a[q++];//a[p]>a[q]
				ans += m-p;
			} 
		}	
		while(p < m) t[i++] = a[p++];
		while(q < y) t[i++] = a[q++];
		
		for(i = x; i < y; i++) a[i] = t[i];
	}
}
int main()
{
	while(scanf("%d", &n) != EOF)
	{
		ans = 0;
		if(n == 0) break;
		
		for(int i = 0; i < n; i++)
			scanf("%d", &a[i]);
		
		merge_sort(a, 0, n, t);
		
		printf("%I64d\n", ans);	
	}
	return 0;
}

树状数组思路:树状数组+离散化

  以前一直无法理解什么是离散化。也就一直无法用树状数组解决这题了。后来写了篇关于离散化的博客,这里就不再写那么详细了

  
 关于这题的离散化

        因为 n < 500,000  ;  0 ≤ a[i] ≤ 999,999,999
       主要也是把原来的区间【1, 999,999,999】映射到区间 【1, n】


这题的关键是求逆序数对的个数。什么是逆序数对
a, b 如果 a 排在 b 前面而且 a > b 那么 a 和 b  就是一个逆序数对

下面看下题目的样例:

5
9  1   0   5   4

9前面比它大的个数 : 0
1前面。。。。。。 : 1
0.。。。。。。。  : 2
5                 : 1
4                 : 2
总的 ans = 0+1+2+1+2 = 6

PS: 自己也可以按照这样的思路模拟交换排序, 肯定是排 6 次了, 这里不再详细说明。


如何应用与树状数组和离散化

这里就不介绍说明是树状数组了。。。。

定义一个结构体存输入的数值和对应的编号
然后对编号进行离散化【也就是排序后对编号进行简单的处理】

先对元素值从小到大排序

b[i] //的下标 i 存的是第 i 大的初始的下标, 它的值表示当前元素第 b[i] 大 
【这样就离散化了。。。把问题映射到了 1 到 N 这个区间】

然后再按照初始元素的输入的顺序依次将元素插入树状数组中。

遍历一个元素, 就在它的 b[i] 处 +1 表示此处添加了一个元素, 
然后再计算他前面有多少个数比他大 sum(i) - sum(b[i])

以第一组数据为例:
初始元素:                  9  1   0   5   4
逆序数对:      0  1   2   1   2
排序后:        0  1   4   5   9
对应初始编号:  3  2   5   4   1
 
那么先把 9 插入位置 5 , 前面有 0 个数比她大
把 1 插入位置 2 , 前面有 1 个数比它大
把 0 插入位置 1 ,  前面有 2 个数比它大
把 5 插入位置 3 , 前面有 1 个数比它大
把 4 插入位置 4 ,  前面有 2  个数比它大
【此处的前面对应于先插入的数。。。】
每次插入容易得到目前的总数就是 i 
然后小于等于自己本身的数也容易计算 sum(b[i])【插入的位置前面的数的个数。。。】


code:

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
using namespace std;

const int maxn = 500000+10;

__int64 c[maxn];
int b[maxn];
struct Node{
    int val; //元素值
    int index; // 编号
}a[maxn];
int n;

bool cmp(Node a, Node b) //从小到大排序
{
    return a.val < b.val;
}

int lowbit(int x)
{
    return x&(-x);
}

void add(int i, int val)
{
    while(i <= n)
    {
        c[i] += val;
        i += lowbit(i);
    }
}

__int64 sum(int i)
{
    __int64 ret = 0;
    while(i > 0) //下标从 1 开始
    {
        ret += c[i];
        i -= lowbit(i);
    }
    return ret;
}

int main()
{
    while(scanf("%d", &n) != EOF)
    {
        if(n == 0) break;

        memset(a, 0, sizeof(a));
        memset(b, 0, sizeof(b));
        memset(c, 0, sizeof(c));

        for(int i = 1; i <= n; i++)
        {
            scanf("%d", &a[i].val);
            a[i].index = i;
        }
        sort(a+1, a+n+1, cmp); // 从小到大排序

        for(int i = 1; i <= n; i++) //离散化
        {
            b[a[i].index] = i; // b[i] 存原来编号为 i 的数现在第 b[i] 大
        }

        __int64 ans = 0;
        for(int i = 1; i <= n; i++)
        {
            add(b[i], 1); // 按照初始输入顺序依次在树状数组中插入元素
            ans += sum(n)-sum(b[i]); // 统计每个数前面比自己大的数的个数【目前总的个数减去小于等于当前数值的数目】
            //ans += i - sum(b[i]); 也一样
        }
        printf("%I64d\n", ans);
    }
    return 0;
}

利用树状数组离散化求逆序数,看了很久,还是无法完全理解,贴个KB神的用树状数组求解的代码吧。。。

http://www.cnblogs.com/kuangbin/archive/2012/08/09/2630042.html

/*
POJ 2299 Ultra-QuickSort
求逆序数
离散化+树状数组
首先从小到大进行编号,从而实现离散化
然后利用树状数组来统计每个数前面比自己大的数的个数
*/

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;
const int MAXN=500010;
int c[MAXN];
int b[MAXN];
int n;
struct Node
{
    int index;//序号
    int v;
}node[MAXN];
bool cmp(Node a,Node b)
{
    return a.v<b.v;
}
int lowbit(int x)
{
    return x&(-x);
}
void add(int i,int val)
{
    while(i<=n)
    {
        c[i]+=val;
        i+=lowbit(i);
    }
}
int sum(int i)
{
    int s=0;
    while(i>0)
    {
        s+=c[i];
        i-=lowbit(i);
    }
    return s;
}
int main()
{
   // freopen("in.txt","r",stdin);
    //freopen("out.txt","w",stdout);
    while(scanf("%d",&n),n)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            scanf("%d",&node[i].v);
            node[i].index=i;
        }
        memset(b,0,sizeof(b));
        memset(c,0,sizeof(c));
        //离散化
        sort(node+1,node+n+1,cmp);
        //将最小的编号为1
        b[node[1].index]=1;
        for(int i=2;i<=n;i++)
        {
            if(node[i].v!=node[i-1].v) b[node[i].index]=i;
            else b[node[i].index]=b[node[i-1].index];
        }
        long long  ans=0;
        //这里用的很好
        //一开始c数组都是0,然后逐渐在b[i]处加上1;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            add(b[i],1);
            ans+=i-sum(b[i]);  //统计每个数前面比自己大的数的个数 
        }
        printf("%I64d\n",ans);
    }
    return 0;
}

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