D 神奇的卡牌(模拟、链表)

题目回顾

题意速览

Sakura有一副神奇的卡牌,这副神奇的卡牌有张,每一张的卡牌上面都写着一个数字,每张卡牌的数字都是唯一的。
最初,卡牌被摞成一叠,从上到下的第张卡牌上的数字为
神奇卡牌会对自己进行次洗牌。洗牌的方法是这样的:将写有数字的卡牌与写有数字的卡牌之间的所有卡牌(包含有数字的卡牌)从牌中取出,再括入到牌堆的底部。
洗牌结束后,这副卡牌会从排队底部开始一张一张展示给你看。

输入描述

第一行给两个整数,用一个空格隔开,表示有张卡牌,进行了次洗牌。
第二行给出个整数,用一个空格隔开,第个数表示从上到下的第张牌上的数字,保证每张卡牌的数字都是唯一的。
接下来行,每行给出两个整数,用一个空格隔开,若,保证此时写有数字的卡牌一定在写有数字的卡牌上面。

输出描述

输出个整数,用一个空格隔开,表示最终顺序。
由于这副卡牌会从排队底部开始一张一张展示给你看,所以你需要从下到上输出最终顺序。

思路分析

根据题目描述进行模拟即可。

(1)

先考虑最简单的做法:用数组进行模拟。用数组元素a[i]依次顺序表示第张牌上的数字,每次洗牌时对牌面数字有变化的数组元素进行更新。注意到 n \le 10^6,且每次洗牌都有1 \le l,r \le n,即在最坏情况下,每进行一次模拟洗牌需要进行约10^6次操作。又有m \le 10^5,即在最坏情况下,最多需要进行10^5次操作。故该做法总的时间复杂度为O(nm),在最坏情况下,大约需要进行次操作,在题目给出的1s时间限制下无法完成,必然会导致“运行超时”的结果。所以需要考虑时间复杂度更低的做法。

(2)

我们知道,链表的插入、删除等操作的时间复杂度都是。同样地,对整段连续的链表节点进行移动也只需要对该段的头尾部分进行操作,时间复杂度同样为常数级别。
所以考虑用双向链表进行模拟。链表中的每个节点代表一张牌,节点中需要记录牌面数字、前驱节点、后继节点。每次洗牌时需要完成以下操作:(为了方便阅读,用x表示“牌面数字为x的节点”)
  1. 的后继节点的前驱节点设置为的前驱节点
  2. 的前驱节点的后继节点设置为的后继节点
  3. 将尾节点的后继节点设置为
  4. 的前驱节点设置为尾节点
  5. 最后将尾节点设置为
这样,每次洗牌时就只需进行常数次操作,时间复杂度为O(1)。又m \le 10^5,故该做法总的时间复杂度为O(m),在最坏情况下,只需进行大约10^5次操作,能在题目给出的1s时间限制内完成。

(3)

但是问题又来了。在每次洗牌时,我们怎样才能找到牌面数字为l、r的节点呢?常见的做法是遍历这个链表。而遍历链表的时间复杂度为O(n),意思是,在最坏情况下,我们需要遍历完整个链表的所有个节点,才能找到我们想要的目标节点。这样一来,由于遍历链表的时间开销过大,算上遍历的时间,总的时间复杂度仍然是O(nm)
我们需要找到一个快速定位牌面数字为l、r的节点的办法。可以考虑“用数组模拟链表”的技巧实现。
不妨直接用数组元素的下标来表示这张牌的牌面数字,并用该数组元素的值来存储该节点的前驱节点和后继节点的下标。当我们需要定位牌面数字为的节点时,只需要直接对数组元素进行操作即可。这里举两个例子,当我们需要修改牌面数字为的节点的后继节点时,我们只需要修改的值即可;当我们需要修改“牌面数字为的节点的后继节点的前驱节点”时,我们只需要修改的值即可。
这样,我们就可以用的时间完成定位和洗牌操作。根据题目的要求,模拟进行次这样的定位和洗牌,就完成了本题。总的时间复杂度为O(m)

代码示例

#include<iostream>
#define endl '\n'
using namespace std;
using ll=long long;

int n,m,now,tail,l,r;
struct node{
    int prev;
    int next;
}a[1000005];

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        cin>>now;
        a[now].prev=tail;
        a[tail].next=now;
        tail=now;
    }

    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        cin>>l>>r;
        if(r==tail)
            continue;
        a[a[r].next].prev=a[l].prev;
        a[a[l].prev].next=a[r].next;
        a[tail].next=l;
        a[l].prev=tail;
        tail=r;
    }

    while(a[tail].prev!=0)
    {
        cout<<tail<<' ';
        tail=a[tail].prev;
    }
    cout<<tail;

    return 0;
}


G 时钟巡回——同心协力(数论)

题目回顾

题意速览

有一个刻度为x的时钟(时钟刻度为0 ~ x-1),在开始时时针指向刻度
现在天依和言和各有一个时钟刻度,分别为n_1,n_2,这意味着天依可以以时针跨度n_1移动时针,言和可以以时针跨度n_2移动时针。
她们将同心协力地移动时针,使时针最后停留在能达到的刻度最大的地方。

输入描述

第一行输入一个整数,表示测试用例个数。
接下来行,每行四个整数x,y,n_1,n_2(0\le n_1,n_2\le x\le 10^9, 0 \le y < x)

输出描述

输出行,每行一个整数,表示时针能到达的最大时刻。

思路分析

注意到,并且最多有T=100组测试用例,故直接进行模拟的时间复杂度在最坏情况下不低于,为数量级,会超出时间限制,并不可取。
由于移动时针的次数没有限制,则对于每一组确定的x,y,n_1,n_2,最终能达到的最大时刻都是唯一确定的。本题是一道数学结论题,考察的是数学知识,正确的思路是用数学方法求解出答案并直接输出。
将问题转换为数学语言。
k_1,k_2 \ge 0,对于给定的x,y,n_1,n_2,求 (k_1n_1+k_2n_2+y ) \% x 所能表示的最大数。即求在模意义下k_1n_1+k_2n_2+y所能表示的最大数。

(1)

我们先考虑,且只有一种能转动的刻度的情况。
此时我们需要求出,在模意义下k_1n所能表示的最大数。若k_1n能表示出模意义下的数,则必然有k_1n+k_2x = c,即以k_1,k_2作为未知数的不定方程k_1n+k_2x=c有解。由裴蜀定理:
关于未知数的不定方程ax+by=c有解,当且仅当gcd(a,b)的倍数。
可知,k_1n能表示出模意义下的数,则c=k \cdot gcd(n,x),即c_{max}=x-gcd(n,x)

(2)

下面来考虑有两种能转动的刻度的情况。
此时我们需要求出,在模意义下k_1n_1+k_2n_2所能表示的最大数。
与(1)同理,若k_1n_1+k_2n_2能表示出一个数d,则有k_1n_1+k_2n_2=d即以k_1,k_2作为未知数的不定方程k_1n_1+k_2n_2=d有解。由裴蜀定理可知,d=k \cdot gcd(n_1,n_2)此时有k_1n_1+k_2n_2=d=k \cdot gcd(n_1,n_2)
k_1n_1+k_2n_2能表示出模意义下的数,则必然有k_1n_1+k_2n_2 +k_3x= ck \cdot gcd(n_1,n_2) + k_3x=c,即以k,k_3作为未知数的不定方程k \cdot gcd(n_1,n_2) + k_3x=c有解。由裴蜀定理可知,c=k' \cdot gcd(x,gcd(n_1,n_2))。即c_{max}=x-gcd(x,gcd(n_1,n_2))
同理,可以进一步推广到有个数n_1,n_2,n_3,\dots,n_{p-1},n_p的情况,此时的c_{max}=x-gcd(x,n_1,n_2,\dots,n_p )

(3)

最后我们来处理y \ne 0的情况。
由(2)可知,用k_1n_1+k_2n_2我们可以在模意义下表示出所有t=gcd(x,gcd(n_1,n_2))的倍数。
的倍数时,可以被表示出来,所以的存在对结果没有影响。和时一样,最终答案为c_{max}=x-t
的倍数时,显然有:y \div t = p ······ r 即 y=pt+r。其中pt部分可以被t表示出来,对结果没有影响。余数r无法被t表示,将作为意义下k_1n_1+k_2n_2+y的一部分加入到最终结果中。此时最终答案为c_{max}=x-t+r=x-t+y\%t
合并上述两种情况,最终答案为c_{max}=x-t+y\%t

示例代码如下。由于求解最大公因数gcd的辗转相除法的时间复杂度为O(logn),总的时间复杂度为O(Tlogx)

代码示例

#include<iostream>
#include<algorithm>
#define endl '\n'
using namespace std;
using ll=long long;

ll x,y,n1,n2,t;

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(nullptr);

	int T;
	cin>>T;
	while(T--)
	{
		cin>>x>>y>>n1>>n2;
		t=__gcd(x, __gcd(n1, n2));
		cout<<x-t+y%t<<endl;
	}

	return 0;
}



H 消失的运算结果(位运算、思维、数据结构)

题目回顾

题意速览

伟大的sjh选中了奇数个数字,想要让大家计算这奇数个数字中每两个两个做异或运算的所有结果。可是当sjh写好题目出样例的时候,他惊奇地发现他每一组计算的结果中居然都少了一个运算结果,sjh已经算了半天样例了不想再找了,并且把这个难题丢给你来完成。
现在已经知道的是:sjh一开始用了个数字(是一个奇数),分别是A_1,A_2,\dots,A_n,sjh对每一组的个数两两进行异或运算结果全部存储在一个数组中。

输入描述

第一行输入一个数字,表示一共有组测试样例(1 \le T \le 100)

接下来每一组有三行输入数据:

第一行输入一个数字,表示一共有个需要进行运算的数字(3 \le n \le 3001 且 n是奇数)

第二行输入n个数字,分别为A_1,A_2,\ldots,A_n(1 \le A_i \le 10^5)(每两个数字之间会有一个空格隔开)。
第三行输入\frac{n \times(n-1)}{2}-1个数字,表示存储在数组中的运算结果。
数据总输入量\Sigma\left( \frac{n\times(n-1)}{2}-1+n \right)<10^{7}。输入量较大,建议使用效率较高的方式读入数据,如scanf。

输出描述

输出行,每一行输出一个遗漏的结果。

思路分析

注意到数据总输入量\Sigma\left( \frac{n\times(n-1)}{2}-1+n \right)<10^{7},即题目保证了不会出现T=100且每一组中都有n=3001的最坏情况。
\left( 最坏情况下 \Sigma\left( \frac{n\times(n-1)}{2}-1+n \right)=450450000>10^{8} ,容易超时\right)
因此我们直接暴力计算A_1,A_2,\dots,A_n两两异或的结果是不会超过题目所要求的时间限制的。

(1)

容易直接想到的思路是直接根据题意进行模拟,计算出A_1,A_2,\dots,A_n两两异或的结果,然后将该结果(共n \times(n-1)\div2个数字)与数组(共n \times(n-1)\div2 -1个数字)进行两两比对,找出遗漏的数字。但通过两两比对的常规方法进行检索显然是会超时的。我们可以利用异或运算的性质,来帮助我们在O(n^2)的时间复杂度内,完成从n \times(n-1)\div2个数字中检索遗漏数字的工作。下面介绍异或运算的几个简单性质。

(2)

在数学上,一般用符号代表异或运算(在计算机科学领域中也常用“^”运算符或xor来表示异或运算)。
异或运算有以下三点性质:
  1. 0 \oplus x = x  恒等律:任意一个数与0进行异或运算的结果是它本身。
  2. x \oplus x = 0  归零律:任意一个数与它本身进行异或运算的结果是0。
  3. x \oplus y \oplus y = x  自反性:任意一个数与同一个数进行两次异或运算后的结果是它本身。
此外,异或运算也满足结合律和交换律。

(3)

根据这几点性质,我们可以定义一个变量ans=0,令它与A_1,A_2,\dots,A_n两两异或的每一个结果都进行异或运算,再与数组中每一个数字进行异或运算。这样一来,对于那些没有遗漏的运算结果,我们都ans和它们分别进行了两次异或运算,而唯独那一个题目所要求找出的遗漏了的运算结果,我们只令ans和它进行了一次异或运算。
根据异或运算的恒等律与自反性,我们将得到
\begin{align*}<br />  ans &= 0 \oplus 未遗漏结果_1 \oplus 未遗漏结果_2  \oplus \dots \oplus 未遗漏结果_{n\times(n-1)/2-1} \oplus 未遗漏结果_1 \oplus 未遗漏结果_2  \oplus \dots \oplus 未遗漏结果_{n\times(n-1)/2-1}  \oplus 遗漏的结果\\<br />    &= 0 \oplus 遗漏的结果 \\<br />    &= 遗漏的结果<br />\end{align*}
变量的值即为题目所要求找出的遗漏的结果的值,将其直接输出即可。

(4)进一步优化

4.1 该解法在空间上的优化
下文的“代码示例”使用了上文所述的解法,它的时间复杂度为,空间复杂度为O(n^2),可以通过本题。由于数组中的每一个数字只会需要用到一次,可以据此进一步降低程序的空间复杂度为O(n),留待读者思考完善。
4.2 该解法在时间上的优化
另外,注意到一定为奇数,我们可以利用这一条件对上文所述的解法进行进一步优化。因为一定为奇数,所以A_1,A_2,\dots,A_n进行两两异或时,每一个A_i都参与了n-1即偶数次运算,根据归零律,我们可以推出
未遗漏结果_1 \oplus 未遗漏结果_2 \oplus \dots \oplus 未遗漏结果_{n\times(n-1)/2-1} \oplus 遗漏的结果=0
进而有
未遗漏结果_1 \oplus 未遗漏结果_2 \oplus \dots \oplus 未遗漏结果_{n\times(n-1)/2-1} = 遗漏的结果
也即
0 \oplus 未遗漏结果_1 \oplus 未遗漏结果_2 \oplus \dots \oplus 未遗漏结果_{n\times(n-1)/2-1} = 遗漏的结果
所以当我们用变量ans=0数组中的每一个数字进行异或运算后,即可得到题目所求的遗漏的结果。
经过这一优化后,求解答案时进行的异或运算次数减少了一半以上,虽然渐进时间复杂度仍为,但由于常数减小,总的耗时也得到了减少。
另外,由于我们无需存储A_1,A_2,\dots,A_n的值,空间复杂度可以借机进行再一次的优化,从经4.1优化后的O(n)进一步降低至O(1)
这一做法的代码如下:代码查看 (nowcoder.com)
4.3 其他解法
此外,本题还有时间复杂度同样的第二种解法(用求和的方法找出遗漏的结果):代码查看 (nowcoder.com)
以及平均时间复杂度同样为O(Tn^2)的第三种解法(使用C++STL的unordered_map容器,但由于常数较大差点超时):代码查看 (nowcoder.com)
针对第三种解法,可以考虑用数组实现的桶结构来替代unordered_map容器实现的哈希表,可以得到渐进时间复杂度同样为O(Tn^2)但常数大大减小的第四种解法:代码查看 (nowcoder.com)
具体思路不再赘述,有兴趣的读者可以点击上面的链接查看示例代码自行研究。

代码示例

#include<iostream>
#define endl '\n'
using namespace std;
using ull=long long;

int n,ans,a[3005],arr[5000000];

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(nullptr);

	int T;
	cin>>T;
	while(T--)
	{
		cin>>n;
		for(int i=1;i<=n;i++)
			cin>>a[i];
		for(int i=1;i<=(n*(n-1)/2)-1;i++)
			cin>>arr[i];

		ans=0;
		for(int i=1;i<=n-1;i++)
			for(int j=i+1;j<=n;j++)
				ans^=a[i]^a[j];
		for(int i=1;i<=(n*(n-1)/2)-1;i++)
			ans^=arr[i];

		cout<<ans<<endl;
	}

	return 0;
}


I 传送门(模拟、贪心)

题目回顾

题意速览

Sakura想穿过一条路去得到一副神奇的卡牌。
这条路上的传送门两两为一对,Sakura不可以越过传送门而不进行传送。当Sakura从传送门的左侧一格进入,会从对应传送门出来并且下一次只能往右走;从传送门的右侧一格进入,会从对应传送门出来并且下一次只能往左走。
同时路中间有若干面墙,Sakura不能走到墙上(他不会爬墙,也不会穿墙)。
保证所有的墙和传送门不会重合。请问Sakura能否(从左往右)穿过这条路。

输入描述

第一行包含三个整数n,m,q (0 \le n,m,q \le 10^5 , 2 \times m+q \le n),分别表示路的长度,传送门的对数和墙的数量。
接下来m行,第i行包含两个整数x_i,y_i (0<x_i<y_i<n),表示一对传送门的坐标。
接下来一行包含q个整数a_j (0<a_j<n),表示墙的坐标。

输出描述

如果你能穿过这条路就输出"Yes"。否则输出"No"。

思路分析

根据题意模拟走路的过程即可。

由于这条路是一维的,这意味着我们只需一直向前(右)走即可,若在某一时刻遇到了墙也无需考虑回头向左走,因为在一维的路上我们必然会沿着我们来时的路,从另一个方向进入我们曾经进入过的所有传送门,并最终重新退回到起点。这也表明了,一旦我们在闷头向右走的过程中遇到了墙,就意味着我们必然无法穿过这条路,可以直接输出结果并结束程序。同时由于没有传送门在起点的左侧,我们可以保证不会存在“在若干个传送门组合间不停来回传送”的死循环现象。明确了这两点,我们就可以放心按照“一直向右走”的贪心策略进行模拟了。

以下面的程序为例,我们可以新建一个有n个元素的数组,将每一个数组元素看作这条路的“一格”,并根据题意将输入进来的“墙”或“传送门”放置在“格子”上,其余的格子置0。在模拟行走的过程中,若遇到a[i]==0则意味着这是一块空地,什么也不用做,让计数器i自动加一,继续向右走;若遇到a[i]==-1则意味着遇到了墙,根据先前的结论,可以认为必然无法穿过这条路,直接输出"No"并结束程序即可;若遇到a[i]为其他数字,则说明这是一对传送门的其中一个,由于我们事先在这一格内存储了这对传送门的另一个传送门的坐标,我们直接令i=a[i],就跳转到了这对传送门的另一个传送门的坐标上,然后继续让计数器i自动加一,继续向右走。如此重复模拟这个走路的过程,直到遇到i==n时停下,这时我们已经到达了目的地,输出"Yes"并结束程序即可。

代码示例如下,时间复杂度为O(n)

代码示例

#include<iostream>
#define endl '\n'
using namespace std;
using ull=long long;

int n,m,q,x,y,a[100005];

int main()
{
	ios::sync_with_stdio(false);
	cin.tie(nullptr);

	cin>>n>>m>>q;
	while(m--)
	{
		cin>>x>>y;
		a[x]=y;
		a[y]=x;
	}
	while(q--)
	{
		cin>>x;
		a[x]=-1;
	}

	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		if(a[i]==-1)
		{
			cout<<"No";
			return 0;
		}
		if(a[i])
			i=a[i];
	}
	cout<<"Yes";

	return 0;
}

 

个人见解,如有错漏,敬请指正。
稍后会在评论区贴出hht同学写的A、B、C、E、F题的题解链接。