蓝桥-历届试题 小朋友排队------树状数组

问题描述

  n 个小朋友站成一排。现在要把他们按身高从低到高的顺序排列,但是每次只能交换位置相邻的两个小朋友。

  每个小朋友都有一个不高兴的程度。开始的时候,所有小朋友的不高兴程度都是0。

  如果某个小朋友第一次被要求交换,则他的不高兴程度增加1,如果第二次要求他交换,则他的不高兴程度增加2(即不高兴程度为3),依次类推。当要求某个小朋友第k次交换时,他的不高兴程度增加k。

  请问,要让所有小朋友按从低到高排队,他们的不高兴程度之和最小是多少。

  如果有两个小朋友身高一样,则他们谁站在谁前面是没有关系的。

输入格式

  输入的第一行包含一个整数n,表示小朋友的个数。
  第二行包含 n 个整数 H1 H2 … Hn,分别表示每个小朋友的身高。

输出格式

  输出一行,包含一个整数,表示小朋友的不高兴程度和的最小值。

样例输入

3
3 2 1

样例输出

9

样例说明

  首先交换身高为3和2的小朋友,再交换身高为3和1的小朋友,再交换身高为2和1的小朋友,每个小朋友的不高兴程度都是3,总和为9。

数据规模和约定

  对于10%的数据, 1<=n<=10;
  对于30%的数据, 1<=n<=1000;
  对于50%的数据, 1<=n<=10000;

  对于100%的数据,1<=n<=100000,0<=Hi<=1000000。

解题思路:

树状数组的特点就是很快速的求前n个元素的和,那这和我们求逆序对有什么关系呢?

这里,我们要巧妙地变一下形,还是以题目中给出的数据为例  3   2   1。

因为树状数组实际上是由两部分组成:数据数组+统计数组,我们只看数据数组。由于树状数组是从1开始的,而题目中小盆友的身高可以为0(真是长见识了),所以我们将每个小盆友的身高加1然后作为树状数组的下标,将数值1存到相应的位置.

第一次读入3,此时读入的数据量为1个,变成这样

C[1]    C[2]     C[3]       C[4]       C[5]        C[6]     C[7]     C[8]

 0      0      0           1         0         0       0       0

可以看到sum(C[1],C[4])=1(可以由树状数组的统计数组得到),这个是小于等于3的数字的个数,也就是说当输入第一个数字3的时候没有比它小的数字存在,这时我们用 输入数字总数-sum(C[1],C[4])=0,也就是说大于3的数字的个数为0,我们令b[0]=0.

第二次读入2,此时读入的数据量为2个,变成这样

C[1]     C[2]     C[3]        C[4]       C[5]      C[6]         C[7]         C[8]

  0       0       1        1          0         0           0         0

可以看到sum(C[1],C[3])=1,任然不存在比它小的数,但此时输入的数据总量为2,而2-1=1,就是说,存在一个数在2之前并且大于2,这个数当然就是3,我们另b[1]=1.

第三次读入1,此时读入的数据量为3,变成这样

C[1]   C[2]   C[3]   C[4]   C[5]    C[6]    C[7]   C[8]

 0    1     1     1     0       0      0     0

可以看到sum(C[1],C[2])=1,任然不存在比它小的数,但此时输入的数据总量为3,而3-1=2,就是说,存在两个数在1之前并且大于1,这个数当然就是2,3,我们另b[2]=2.

到此,我们已经算出了每个数前面的较大的数的个数了,数据存在num[]中,现在我们再反过来,先插入1,再插入2,再插入3,但这次我们不再用总数减去sum了,而直接求sum,求出来的自然就是,每个数后面的较小的数的个数,然后将得到的数值累加到相应的b[i]中,最终我们会得到b[0]=2,b[1]=2,b[2]=2,分别对应num[0]=3,num[1]=2,num[2]=1。

求得了每个小盆友被移动的次数,我们需要计算其不高兴程度,这里实际上可以事先打个表,就是将被移动n次后的不高兴值全算出来,然后直接用就可以了,这里,我们将其存到total[]数组中,而且total[2]=3,所以总不高兴值就是9.

需要注意的是如果重复的数字出现怎么办,如果出现,实际上出问题的会是求每个数之前较大数的那部分,因为用到了数的总个数,如果出现一样的数,就会导致相减后的结果偏大,而且正好是大了 重复量-1 ,那么我们就可以算出重复量,然后将这一部分减去就行,关键是怎么算重复量,实际也很简单,通过树状数组,我们可以求得sum(1,a)和sum(1,a+1),其中输入的数字为a,前者算出的小于a的数的个数,后者算出的是小于等于a的数的个数,两个一减就是等于a的个数。

树状数组---------假设数组a[1..n],那么查询a[1]+...+a[n]的时间是log级别的,而且是一个在线的数据结构,支持随时修改某个元素的值,复杂度也为log级别。

来观察这个图

  其实在这个图还是比较难以理解,简单的说  树状数组是一种跳级的方式;

  比如: 

  

当数组中a[0]进入里面时,根据下面的代码,x+=lowbit(x),这是根据补码和反码的原理,此时x为1,然后a[1]中此时加一,再然后x变成2,a[2]也加一,当x>MAX时,函数结束.所以仔细看看这是一种向上攀爬的过程.

int lowbit(int x){
    return x&-x;  //这是根据补码和反码的原理1+=lowbie(1)==1+=1; 里面存在二进制的道理,求二进制中末尾0的个数;
}
void add(int x){
    while(x<=MAX){
        t[x]++;
        x+=lowbit(x);
    }
}

下面这个是求和

int sum(int x){
    int n=0;
    while(x>0){
        n+=t[x];
        x-=lowbit(x);
    }

当x=3时,x-=lowbit(x),x=2; 再运算x就变成0;  因为2的进制为10,根据上面所述经过bitlow任然为2,s所以x=2-2=0;跳出循环,这也是下面的缘由,大家最好自己算算一步步来,会找到规律的.

假设数组a[1..n],那么查询a[1]+...+a[n]的时间是log级别的,而且是一个在线的数据结构,支持随时修改某个元素的值,复杂度也为log级别。

来观察这个图:

令这棵树的结点编号为C1,C2...Cn。令每个结点的值为这棵树的值的总和,那么容易发现:

C1 = A1

C2 = A1 + A2

C3 = A3

C4 = A1 + A2 + A3 + A4

C5 = A5

C6 = A5 + A6

C7 = A7

C8 = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7 + A8

...

C16 = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7 + A8 + A9 + A10 + A11 + A12 + A13 + A14 + A15 + A16

这里有一个有趣的性质:

设节点编号为x,那么这个节点管辖的区间为2^k(其中k为x二进制末尾0的个数)个元素。因为这个区间最后一个元素必然为Ax,

所以很明显:Cn = A(n – 2^k + 1) + ... + An

代码如下:

#include<cstdio>

#include<iostream>
#include<cstring>
#define MAX 1000010
using namespace std;
int t[MAX]={0},a[100010]={0},b[100010]={0},n;
long long total[100000]={0};
int lowbit(int x){
    return x&-x;
}
void add(int x){
    while(x<=MAX){
        t[x]++;
        x+=lowbit(x);
    }
}
int sum(int x){
    int n=0;
    while(x>0){
        n+=t[x];
        x-=lowbit(x);
    }
    return n;
}


//注意树状数组中下标为0的部分不用但小朋友的身高可以为0(万万没想到)所以数据一旦录入就对其加一!!
int main(){
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<n;i++)
    total[i]=total[i-1]+i;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        scanf("%d",&a[i]);
        add(a[i]+1);
        b[i]=i-sum(a[i]+1);
    }
    memset(t,0,sizeof(t));
    long long ans=0;
    for(int i=n;i>0;i--){
        b[i]+=sum(a[i]);
        ans+=total[b[i]];
        add(a[i]+1);
    }
    printf("%lld\n",ans);
    return 0;
}

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