阿凡达(类欧几里得算法)

一、题目

在这里插入图片描述

二、解法

由于 n n 很大,但是操作数很小,且一开始没有初值,很容易想到动态开点,时间复杂度 O ( n log n ) O(n\log n)

剩下的问题是如何计算一个修改段内的和,注意到 ( i l + 1 ) x % y = ( i l + 1 ) x + ( i l + 1 ) x y (i-l+1)\cdot x\% y=(i-l+1)\cdot x+\frac{(i-l+1)\cdot x}{y} (本题解中的除号均为整除),前者等差数列,后者用经典的类欧几里得算法求和,总时间复杂度 O ( log n ) O(\log n) ,下面详细讲一下这个算法。

类欧几里得算法一般用于解决此类问题: f ( a , b , c , n ) = i = 0 n i a + b c f(a,b,c,n)=\sum_{i=0}^n \frac{ia+b}{c} ,给定 a , b , c , n a,b,c,n f f ,下面给出算法过程及推导。

a c   o r   b c a\geq c\space or\space b\geq c 时, f ( a , b , c , n ) = f ( a % c , b % c , c , n ) + a c n ( n + 1 ) 2 + ( n + 1 ) b c f(a,b,c,n)=f(a\%c,b\%c,c,n)+\frac{a}{c}\frac{n(n+1)}{2}+(n+1)\frac{b}{c}

a , b c a,b\leq c ,设 m = a n + b c m=\frac{an+b}{c} ,我们开始推式子:
f ( a , b , c , n ) = i = 0 n j = 0 m 1 [ j < i a + b c ] f(a,b,c,n)=\sum_{i=0}^n\sum_{j=0}^{m-1}[j<\frac{ia+b}{c}] = j = 0 m 1 i = 0 n [ i > c j b + c 1 a ] =\sum_{j=0}^{m-1}\sum_{i=0}^n[i>\frac{cj-b+c-1}{a}] 上面那一步怎么来的呢?我们对括号内的内容做推导:
j < a i + b c j<\frac{ai+b}{c} j a i + b c 1 j\leq \frac{ai+b}{c}-1 c j a i + b c cj\leq ai+b-c c j < a i + b c + 1 cj<ai+b-c+1 i > c j b + c 1 a i>\frac{cj-b+c-1}{a} 然后就推出来了,我们继续推导:
= j = 0 m 1 n c j b + c 1 a =\sum_{j=0}^{m-1}n-\frac{cj-b+c-1}{a} = n m f ( c , c b 1 , a , m 1 ) =nm-f(c,c-b-1,a,m-1) 发现上述算法过程类似于辗转相除法,故时间复杂度为 log \log

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