小Z的袜子(hose) (莫队算法入门)

小Z的袜子(hose)

作为一个生活散漫的人,小Z每天早上都要耗费很久从一堆五颜六色的袜子中找出一双来穿。终于有一天,小Z再也无法忍受这恼人的找袜子过程,于是他决定听天由命……
具体来说,小Z把这N只袜子从1到N编号,然后从编号L到R(L 尽管小Z并不在意两只袜子是不是完整的一双,甚至不在意两只袜子是否一左一右,他却很在意袜子的颜色,毕竟穿两只不同色的袜子会很尴尬。
你的任务便是告诉小Z,他有多大的概率抽到两只颜色相同的袜子。当然,小Z希望这个概率尽量高,所以他可能会询问多个(L,R)以方便自己选择。

Input

输入文件第一行包含两个正整数N和M。N为袜子的数量,M为小Z所提的询问的数量。接下来一行包含N个正整数Ci,其中Ci表示第i只袜子的颜色,相同的颜色用相同的数字表示。再接下来M行,每行两个正整数L,R表示一个询问。

Output

包含M行,对于每个询问在一行中输出分数A/B表示从该询问的区间[L,R]中随机抽出两只袜子颜色相同的概率。若该概率为0则输出0/1,否则输出的A/B必须为最简分数。(详见样例)

Sample Input

6 4

1 2 3 3 3 2

2 6

1 3

3 5

1 6

Sample Output

2/5 0/1 1/1 4/15 【样例解释】 询问1:共C(5,2)=10种可能,其中抽出两个2有1种可能,抽出两个3有3种可能,概率为(1+3)/10=4/10=2/5。 询问2:共C(3,2)=3种可能,无法抽到颜色相同的袜子,概率为0/3=0/1。 询问3:共C(3,2)=3种可能,均为抽出两个3,概率为3/3=1/1。 注:上述C(a, b)表示组合数,组合数C(a, b)等价于在a个不同的物品中选取b个的选取方案数。 【数据规模和约定】 30%的数据中 N,M ≤ 5000; 60%的数据中 N,M ≤ 25000; 100%的数据中 N,M ≤ 50000,1 ≤ L < R ≤ N,Ci ≤ N。

题目大意:

都是中文,题目应该很容易懂,就是让你找一个区间中能成对袜子的概率(也不知道小z哪有那么多只不同的袜子-.-)。

解题思路:

首先我们想的肯定就是暴力搜索了,但很显然如果暴力的话复杂度为O(n*m),对于这道题肯定是TLE的,这时候我们就引用我们的莫队算法了:

首先我们要对该数组进行一个分块,将其分成每sqrt(n)个元素为一块,以便于后面操作,再将搜索按分块来排序,按照左区间的升序排序,如果当左区间是一样的,则按照右区间的升序排序。

举个栗子:

对于上述样例 n为6 m为4 数组为 1 2 3 3 3 2,理论上我们应该分成 1 2 | 3 3 | 3 2|,但代码为了方便,直接分成多块变成:

1 | 2 3 | 3 3 | 2 

for(LL i=1;i<=n;i++){
	scanf("%lld",&a[i]);
	pos[i]=i/b;  //所分块的位置 
}

对于访问 2 6 、1 3、3 5、1 6 我们进行排序,则以: 1 3、1 6 、2 6、3 5 的方式进行访问,

那为什么要进行分块排序呢,因为在莫队方法中有两个特别重要的东西,那就是左指针和右指针,他们所围城的区域就是我们所要找的区间,我们先初始化左指针left=1,right=0(数组下标从1开始),当我们进行访问时,判断left已经和访问的区间l是一样的我们就不用动它,但是right和r不一样,我们就将右指针往右移,我们用mark数组记录颜色出现的次数,比如mark[1]=1的意思就是颜色‘1’出现了一次,设置个全局变量ans记录在该区间有多少可以成对的袜子,在移动的过程中,mark数组也会增加,ans也会做出适当的变化,当然有增加也会有减少,比如左指针向右移动,或者右指针向左移。

void add(LL i){ // 增加的操作 
	ans+=mark[a[i]]; //保证组合关系 
	mark[a[i]]++;   //  比如出现数字 1 3 3 3 对[1,3]访问时 mark[3]=2,ans=1,再对 [1,4]访问时 mark[3]=3,ans=1+2; 
}
void del(LL i ){
	mark[a[i]]--; // 先返回上一状态,再进行ans的相减 
	ans-=mark[a[i]]; //比如出现数字 1 3 3 3 对[1,4]访问时 mark[3]=3,ans=3 再对 [1,3]访问时 mark[3]=2,ans=3-2; 
}

在第一次查询的时候,left=1,right=3,ans=0 移动了三次,在第二次查询的时候,left=1,right=6,移动了三次。

但是如果是在不排序的情况下,第一次:left=2,right=6 移动了7次,第二次的时候left=1 right=3,移动了四次。

根据下面的查询,很明显在分块排序完之后显然比没有进行分块排序的要快很多,其时间复杂度为:O((N+M)*√N)。

最后题目要求我们要求最简分数,我们已经知道分子=ans,而分母就是在该区间有多少种组合情况:(n)*(n-1)/2,n为该集合的元素的个数,那我们就应该求其分子和分母的最大公约数,再将分子和分母同时除以最大公约数就可以得到答案了。

LL gcd(LL a,LL b){ //求最大公约数一般有三种方法,这里用到的是辗转相除法 
	LL c=1;
	while(c!=0) {
		c=b%a;
		if(c){
		b=a;
		a=c;
		}
	}
	return a;
}

附上完整代码:

#include<bits/stdc++.h>
#define MAXN 50005
#define LL long long
using namespace std;
struct mo{
	LL l,r,id;
	LL a,b;
}pe[MAXN];
LL ans=0;
LL mark[MAXN];
LL pos[MAXN],a[MAXN];
void add(LL i){ // 增加的操作 
	ans+=mark[a[i]]; //保证组合关系 
	mark[a[i]]++;   //  比如出现数字 1 3 3 3 对[1,3]访问时 mark[3]=2,ans=1,再对 [1,4]访问时 mark[3]=3,ans=1+2; 
}
void del(LL i ){
	mark[a[i]]--; // 先返回上一状态,再进行ans的相减 
	ans-=mark[a[i]]; //比如出现数字 1 3 3 3 对[1,4]访问时 mark[3]=3,ans=3 再对 [1,3]访问时 mark[3]=2,ans=3-2; 
}

LL gcd(LL a,LL b){ //求最大公约数一般有三种方法,这里用到的是辗转相除法 
	LL c=1;
	while(c!=0) {
		c=b%a;
		if(c){
		b=a;
		a=c;
		}
	}
	return a;
}

bool cmp(mo a,mo b){ //进行分块排序
	return pos[a.l]==pos[b.l]? a.r<b.r : a.l<b.l;
}
bool CMP(mo a,mo b){
	return a.id<b.id;
}
int main()
{
	LL n,m;
	while(~scanf("%lld %lld",&n,&m)){
		memset(mark,0,sizeof(mark));
		ans=0;
		LL b=sqrt(n);
		for(LL i=1;i<=n;i++){
			scanf("%lld",&a[i]);
			pos[i]=i/b;  //所分块的位置 
		}
		for(LL i=1;i<=m;i++){
			scanf("%lld %lld",&pe[i].l,&pe[i].r);
			pe[i].id=i;
		}
       LL l=1,r=0;
       sort(pe+1,pe+1+m,cmp);
       for(int i=1;i<=m;i++){
       		while(l<pe[i].l){//如果左指针比左区间小的话,将左指针向右移,作减少函数,下面同理
       			del(l++);
			}
			while(l>pe[i].l){
				add(--l);
			}
			while(r>pe[i].r){
				del(r--);
			}
			while(r<pe[i].r){
				add(++r);
			}
			pe[i].a=ans;
			pe[i].b=(pe[i].r-pe[i].l+1)*(pe[i].r-pe[i].l)/2;
		//	printf("test:%lld %lld\n",pe[i].a,pe[i].b);
			if(ans==0){ //根据题目要求如果分子等于零,分母直接为1
				pe[i].b=1;
				continue;
			}
			LL gcd1=gcd(pe[i].a,pe[i].b);
			pe[i].a/=gcd1;
			pe[i].b/=gcd1;
	   }
	   sort(pe+1,pe+1+m,CMP);
	   for(int i=1;i<=m;i++){
	   		printf("%lld/%lld\n",pe[i].a,pe[i].b);
	   }
	}
}
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