【loj 6695】天气之子

找规律题的典范?

题意

  https://loj.ac/problem/6695

题解

\(n\le 5\)

  打表

\(n\le 10^5\)

  发现不能直接求最优解,于是二分答案。
  验证答案时,先把前 \(2\) 个人放到 \(1,m\) 这两个位置,用一个堆维护每相邻两个位置的差值,每新来一个人时,取出最小的差值,均分成两半,各扔进堆。若取出的差值 \(\le 3\) 就判定答案不可行。
  然后考虑二分答案的上界 \(R\),不难发现 \(R\le 3n\),因为最终一定不可能存在大于 \(3\) 的差值,否则可以减小答案。
  时间复杂度 \(O(n\log n)\)

\(n\le 10^{18}\)

  依然二分答案 \(m\),考虑优化判定。
  手算发现,差值最多只有 \(2^i\)\(2^i+1\)\(i\in N\))两种,即 \(2\log m\) 种。
  故从大到小递推并累加每种差值的出现次数,若累加到 \(n\) 时扫到的差值 \(\le 1\) 就判定答案不可行。
  时间复杂度 \(O(\log^2 n)\)

\(n\le 10^{1000}\)

  找规律,但做法可能和 loj 的题解不太一样,是 scb 大神犇(猜的?)
  我们发现把输入和输出交换一下,这似乎就是个简单 \(\text{dp}\) 题:设 \(f(i)\) 表示座位数为 \(i\) 时最多能不相邻地坐下多少人,则有 \[f(i)=f(\lfloor \frac{i-3}{2}\rfloor)+f(i-3-\lfloor \frac{i-3}{2}\rfloor)+1\]
  即选取最中间的一个座位,那么它相邻的两个座位不能用了,剩下 \(i-3\) 个座位被平分成两半,每一半为一个后继状态。
  然后有 $\(ans=f(i-4)+2\)
  即上面的 \(\text{dp}\) 转移是每次在一段座位的最中间放一个人,我们最后还要在两端放上一开始的两个人。
  题目是输入 \(ans\),输出 \(i\)。设 \(g\)\(f\) 的逆函数,因为 \(ans-2=f(i-4)\),所以 \(g(ans-2)=i-4\),即 \(g(ans-2)+4=i\)

  现在只需要快速求 \(g(n)\)\(n=ans\))。
  把 \(f\) 函数打个表,发现变化很奇怪,好像没规律。把 \(g\) 函数打个表,好像也没规律。
  但是把 \(g\) 函数的每相邻两项的差分值打个表,发现差分值依次为 \[1,3,1,5,1,1,1,9,1,1,1,1,1,1,1,17,1,1,\cdots\]
  我们发现这个序列就是在全 \(1\) 的序列上 把第 \(2^1\) 位加 \(2^1\),把第 \(2^2\) 位加 \(2^2\),把第 \(2^3\) 位加 \(2^3\)……
  由于这是 \(g\) 的差分序列,前 \(n\) 项的和就是 \(g(n)\)
  观察和的规律。第 \(1\) 个数为 \(2^0\),第 \(2-3\) 个数的和为 \(2^2\),第 \(4-7\) 个数的和为 \(2^3\),第 \(8-15\) 个数的和为 \(2^4\)……
  下标和数值都呈 \(2\) 的指数级增长。
  若把和看成一个二进制数,这个数不会超过 \(\log_2{10^{1000}}≈3000\) 位。
  由于最后一段是不完整的,我们单提出最后一段求和,再对前面 \(\log_2\) 个整段求和。
  求最后一段前 \(k\) 个数的和:发现该段第一个数就是上一段的总和 \(+1\),后面的数全是 \(1\),故递推时算一下当前扫到的段的和,从上一段的和加上 \(k\)\(1\) 就是最后一段前 \(k\) 个数的和。
  求前面所有完整段的和:设总共有 \(n\) 段,

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