И опять «низкая» таблица

Задача

В тридевятом государстве новое соревнование. Организаторы поняли, что предыдущая задача «Низкая таблица» была слишком простой и решили усложнить жизнь нашей Аленушке. Она совсем растерялась и снова умоляет Вас о помощи. Итак, вот новое условие: каждому участнику дается лист бумаги, ширина которого строго равна одному магическому метру, на котором надо начертить таблицу, состоящую из $n$ строк и $n$ столбцов. В каждой строке и столбце выбрано по одной ячейке, для которой указана минимальная площадь, которую должна занимать эта ячейка — $S_i$ для ячейки, расположенной в $i$-ой строке. Остальные могут иметь площадь $0.$ Задача участников аналогична предыдущей — начертить таблицу наименьшей высоты.

Входные данные

В первой строке содержится единственное натуральное число $n \leqslant 20.$
Во второй строке содержатся $n$ натуральных чисел $S_{1}, \ldots, S_{n}$, не превышающие $10^{4}.$

Выходные данные

Минимальная высота таблицы в магических миллиметрах, округленная до ближайшего меньшего целого.

Тесты

Входные данные Выходные данные
3
1 2 3
17191
19
2899 338 8846 5896 3325 9199 6493 211 7878 6083 2074 8493 2889 3743 133 5725 9453 7890 3594
1548340398
18
3823 5708 1356 9979 8801 5310 2123 4575 566 5039 9367 26 1966 6540 1514 7193 7667 994
1252560358
8
8283 8769 3568 869 8285 4494 7185 4519
340953967
9
6375 3059 6206 4221 6027 2064 6278 1347 996
301905233
17
2765 8226 4472 1139 9080 675 3712 7735 9566 223 8899 9716 6594 9631 8871 6176 313
1414903854
10
2654 7458 2284 8767 6061 1149 7243 607 757 8532
385237635
6
6429 9121 9490 7035 6352 2021
231968881
8
52 6380 8169 5689 367 2403 3112 2850
185108459
2
8063 3128
21235115
9
9226 7811 4279 68 5976 1418 9721 6784 8580
418145363
13
8987 3714 247 679 1416 3489 1501 7654 2164 9101 7347 4043 3289
591377417
18
9349 9854 4308 1799 1501 8647 6300 9379 1123 7369 1164 3083 1207 2754 2933 1051 8566 4016
1324052855
3
1311 2984 9564
35581065
16
3460 6135 8911 5656 5496 5463 9566 8473 7575 7444 2717 8241 9868 6698 849 7118
1576424119
15
2264 4988 4454 726 17 9279 422 7916 698 5780 2517 9352 6291 2954 4775
763779068
10
3625 7189 773 7283 2952 7865 588 1670 1013 2982
305484098
18
2741 2630 4163 4926 9431 2212 6978 1607 9489 6746 4947 3333 3144 4809 3352 207 1919 1918
1207862952
5
4320 8413 1175 4527 1519
88794894
6
9534 5380 2500 683 4281 4803
145815522
14
1458 1341 6248 8840 8877 6891 409 5853 6726 6401 4932 9007 5710 745
905996755

Код программы

Решение задачи

Поменяем местами строки таблицы так, чтобы ячейки, для которых указана минимальная площадь, лежали на главной диагонали. От этого не изменится ни ширина, ни высота таблицы. Обозначим эти ячейки $S_{ii}$ для ячейки, лежащей на пересечении $i$-ой строки и $i$-ого столбца.
Докажем, что минимальная площадь указанной в условии таблицы $S = \left (\sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} + \ldots + \sqrt{S_{nn}} \right )^2.$ Воспользуемся методом математической индукции.
База индукции. Случай при $n=2$ был доказан здесь.
Предположение индукции. Пусть утверждение верно $\forall n \leq k, \ k \geq 2.$
Шаг индукции. Докажем, что утверждение верно для $n = k+1.$ Рассмотрим подтаблицу $T_1$ нашей таблицы $T$, которая состоит из первых $k$ столбцов и $k$ строк исходной таблицы. По предположени индукции ее минимальная площадь $S_{T_1} = \left (\sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} + \ldots + \sqrt{S_{kk}} \right )^2.$ Теперь можем рассматривать таблицу $T$ как таблицу, состоящую из двух строк и двух столбцов, так, что таблица $T_1$ будет верхней левой ячейкой. Тогда, учитывая утверждение, доказанное в базе индукции находим минимальную площать таблицы $T$ $$\begin{multline}S_{T} = \left (\sqrt{S_{T_1}}+\sqrt{S_{k+1k+1}} \right ) ^ 2 = \\ = \left (\sqrt{\left (\sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} + \ldots + \sqrt{S_{kk}} \right )^2}+\sqrt{S_{k+1k+1}} \right ) ^ 2 = \\ = \left ( \sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} + \ldots + \sqrt{S_{kk}}+\sqrt{S_{k+1k+1}}\right )^2.\end{multline}$$ Что и требовалось доказать. Заметим, что для тривиального случая $n = 1$ формула также остается в силе. Пусть $h$ высота таблицы, а $l$ — ее ширина. Учитывая, что по условию $l = 1,$ а $S = hl,$ находим, что минимальное значение высоты таблицы $h_{min} = \left ( \sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} + \ldots + \sqrt{S_{nn}}\right )^2.$

Ссылки

Код решения на Ideone

«Низкая» таблица

Задача

В тридевятом государстве объявлено соревнование. Каждому участнику дается лист бумаги, ширина которого строго равна одному магическому метру, на котором надо начертить таблицу, состоящую из двух столбцов и двух строк. При этом для каждой ячейки таблицы указана минимальная площадь, которую должна эта ячейка занимать. Известно, что для правой верхней и левой нижней ячейки это значение равно $0.$ Но вот незадача: значения минимальных площадей для левой верхней — $S_{11}$ и правой нижней — $S_{22}$ ячеек могут быть какими угодно (в пределах разумного, конечно, хотя кто их этих сказочных персонажей разберет). Задача участников — начертить таблицу наименьшей высоты. Аленушка очень хочет победить, но она плохо знает математику, поэтому просит Вас помочь ей в этом непростом деле.

Входные данные

В единственной строке содержатся два натуральных числа: $S_{11}, \ S_{22},$ не превышающие $10^{14}.$

Выходные данные

Минимальная высота таблицы в магических миллиметрах, округленная до ближайшего меньшего целого.

Тесты

Входные данные Выходные данные
1 2 5828
466 1194 3151849
8067 2659 19988861
5125 6755 23647646
3317 2652 11900840
25 9293 10282002
7081 7189 10282002
8192 1042 15077308
6795 1568 14891264
680 4510 8692456
9107 4760 27035040
7095 7846 29863113
6142 3794 19590583
9347 3639 24650258
8495 5394 27427394
2179 8718 19613999
1187 778 3886963
71 5592 6923209
100000000000000 100000000000000 400000000000000000

Код программы

Решение задачи

Пусть $h$ и $l$ — высота и ширина таблицы соответственно. Тогда ее площадь $S=hl.$ В силу того, что $l=1,$ задача о нахождении минимальной высоты таблицы сводится к нахождению ее минимальной площади. Обозначим высоту $i$-ой строки $h_i$, ширину $j$-го столбца $l_j$, а площадь ячейки таблицы, находящейся на пересечении $i$-ой строки и $j$-го столбца — $S_{ij}.$ Тогда $$\begin{multline}S = S_{11} +S_{12}+S_{21}+S_{22}=S_{11}+l_2 h_1+l_1 h_2+S_{22}= \\ =S_{11}+S_{11} \frac{l_2}{l_1} +S_{22} \frac{l_1}{l_2}+S_{22} = S_{11}+S_{11} y+S_{22} y^{-1}+S_{22},\end{multline}$$ где $y=\frac{l_2}{l_1}.$ Зафиксируем теперь $S_{11}$ и $S_{22}$ и рассмотрим функцию площади $S \left( y \right ) = S_{11}+S_{11} y+S_{22} y^{-1}+S_{22}.$ Найдем наименьшее значение данной функции. $\frac{\mathrm{d} S \left( y \right )}{\mathrm{d} y} = S_{11}-\frac{S_{22}}{y^{2}}.$ Приравнивая производную функции к нулю, находим, что функция имеет единственную стационарную точку $y_{0} = \sqrt{\frac{S_{22}}{S_{11}}}.$ Легко убедиться, что $y_0$ – точка глобального минимума, тогда $\min\limits_{y \in D\left(S\right)}S\left( y \right ) = S \left(y_0\right) = S_{11} + S_{22} + 2 \cdot \sqrt{S_{11} \cdot S_{22}} = \left( \sqrt{S_{11}} + \sqrt{S_{22}} \right )^2.$ Очевидно теперь, что минимальное значение площадь таблицы будет принимать при $S_{11}={S_{11}}’, \ S_{22}={S_{22}}’$ где ${S_{11}}’, \ {S_{22}}’$ – данные в условии минимальные значения площадей соответствующих ячеек. Отсюда имеем минимальное значение высоты таблицы $h_{min}=\left( \sqrt{{S_{11}}’} + \sqrt{{S_{22}}’} \right )^2.$

Ссылки

Код решения на Ideone

e-olymp 5274. Фенечка

Задача

Саша находится в процессе творческого поиска. Она хочет сплести ещё одну фенечку, но испытывает сложности при выборе цветов. Сейчас все $n$ ниток, которые она планирует использовать для плетения, выложены в ряд. В процессе размышления Саша время от времени заменяет нитку одного цвета ниткой другого, а также для проверки того, что узор получается тем, который подразумевается, проверяет, что некоторые последовательности цветов ниток равны.

Напишите программу, которая автоматизирует эти проверки.

Входные данные

В первой строке записаны два целых числа $n$ и $k$ — количество ниток в фенечке и запросов к программе, соответственно $(1 \leq n, k \leq 100000).$ Во второй строке записана строка из $n$ символов — цвета ниток в начальном состоянии. Каждый цвет обозначается строчной или прописной буквой латинского алфавита или цифрой. В следующих $k$ строках заданы запросы двух видов:

«* i c» — заменить нитку с номером $i$ на нитку цвета $c$,
«? i j len» — проверить, равны ли последовательности цветов ниток, начинающиеся в позициях $i$ и $j$ и имеющие длину $len$.

Выходные данные

Для каждого запроса второго вида выведите «+», если последовательности равны, или «-« в противном случае.

Тесты

Входные данные Выходные данные
6 3
abccba
? 2 4 2
* 4 a
? 1 4 2
-+
7 4
abacaba
? 1 5 3
* 6 c
? 2 6 2
? 3 5 3
+-+
8 3
atgthcta
? 2 4 3
* 8 h
? 4 7 2
-+
9 3
abbababba
? 1 6 4
* 2 c
? 1 6 4
+-

Код программы

Решение задачи

Наивный алгоритм тратит на выполнение первого запроса $O\left(1\right)$ единиц времени, а на выполнение запросов второго типа — $O\left(n\right)$ единиц времени. Таким образом получаем ассиптотическую временную сложность $O\left(kn\right),$ из-за чего задача не проходит по времени.
Для сравнения строк будем использовать полиномиальный хеш, зависящий от $p$ (в нашем случае $p = 61$), при этом будем отождествлять равенство хешей по модулю $m$ (в нашем случае $m = 2^{64}$) и самих строк (при этом может случиться так, что хеши будут совпадать, а сами строки — нет, но вероятность достаточно мала и мы будем ею пренебрегать). Таким образом мы получаем возможность сравнивать строки за $O\left(1\right)$ единиц времени. Будем использовать для хранения текущего состояния строки (а точнее ее хеша) дерево отрезков, при этом на нижнем ярусе будем хранить хеши каждого отдельного символа строки с учетом его месторасположения в строке. Таким образом получим возможность выполнять запросы и первого, и второго типов за $O\left(\log{n}\right)$ единиц времени, при этом следует учесть, что хеши двух одинаковых подстрок будут отличаться в $p^{j-i} \mod m$ раз, где $i$ — меньший из индексов начала сравниваемых подстрок, $j$ — больший. Таким образом, получаем итоговую асимптотическую сложность алгоритма $O\left(k\log{n}\right)$

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Решение на e-olymp
Код решения на Ideone

e-olymp 4000. Обход в глубину

Задача

Дан неориентированный невзвешенный граф, в котором выделена вершина. Вам необходимо найти количество вершин, лежащих с ней в одной компоненте связности (включая саму вершину).

Входные данные

В первой строке содержится количество вершин графа $n$ и выделенная вершина $s$ $\left (1 \leq s \leq n \leq 100 \right).$ В следующих n строках записано по n чисел — матрица смежности графа, в котрой цифра «$0$» означает отсутствие ребра между вершинами, а цифра «$1$» — его наличие. Гарантируется, что на главной диагонали матрицы всегда стоят нули.

Выходные данные

Выведите искомое количество вершин.

Тесты

Входные данные Выходные данные
3 1
0 0 1
0 0 0
1 0 0
2
4 2
0 1 0 0
1 0 0 1
0 0 0 1
0 1 1 0
4
6 2
0 1 0 0 0 1
1 0 0 0 0 1
0 0 0 1 1 0
0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0
1 1 0 0 0 0
3
4 2
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
1
5 3
0 1 0 0 1
1 0 1 0 1
0 1 0 1 0
0 0 1 0 1
1 1 0 1 0
5

Код программы

Решение задачи

Для хранения графа воспользуемся списками смежности. Реализуем стандартный поиск в глубину. Пусть $c$ количество вершин в компоненте графа. Изначально $c = 0.$ При посещении очередной, не посещенной ранее вершины, значение $c$ увеличивается на один. Таким образом, при полном обходе компоненты графа $c$ будет искомым числом.

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Решение на e-olymp
Код решения на Ideone

e-olymp 1225. Черный Ящик

Задача

Черный Ящик представляет собой примитивную базу даных. Он может хранить массив целых чисел, а также имеет специальную переменную $i$. В начальный момент Черный Ящик пустой, переменная $i$ равна $0$. Черный Ящик обрабатывает последовательность команд (транзакций). Существует два типа транзакций:
ADD(x): добавить элемент x в Черный Ящик;
GET: увеличить $i$ на $1$ и вывести $i$-ый минимальный элемент среди всех чисел, находящихся в Черном Ящике.
Помните, что $i$-ый минимальный элемент находится на $i$-ом месте после того как все элементы Черного Ящика будут отсортированы в неубывающем порядке.
Рассмотрим работу черного ящика на примере:

Транзакция $i$ Содержимое Черного Ящика после транзакции Ответ
1 ADD(3) 0 3
2 GET 1 3 3
3 ADD(1) 1 1, 3
4 GET 2 1, 3 3
5 ADD(-4) 2 -4, 1, 3
6 ADD(2) 2 -4, 1, 2, 3
7 ADD(8) 2 -4, 1, 2, 3, 8
8 ADD(-1000) 2 -1000, -4, 1, 2, 3, 8
9 GET 3 -1000, -4, 1, 2, 3, 8 1
10 GET 4 -1000, -4, 1, 2, 3, 8 2
11 ADD(2) 4 -1000, -4, 1, 2, 2, 3, 8

Необходимо разработать эффективный алгоритм выполнения заданной последовательности транзакций. Максимальное количество транзакций ADD и GET равно $30000$ (каждого типа).
Опишем последовательность транзакций двумя целочисленными массивами:

  1. $A_1, \ A_2, \ldots , \ A_m:$ последовательность элементов, которая будет добавляться в Черный Ящик. Элементами являются целые числа, по модулю не большие $2 000 000 000$, $m \leq 30000$. Для выше описанного примера $A = \left (3, 1, -4, 2, 8, -1000, 2 \right).$
  2. $u_1, \ u_2, \ldots , \ u_n:$ последовательность указывает на количество элементов в Черном Ящике в момент выполнения первой, второй, … $n$-ой транзакции GET. Для выше описанного примера $u = \left (1, 2, 6, 6 \right ).$

Работа Черного Ящика предполагает, что числа в последовательности $u_1, \ u_2, \ldots , \ u_n$ отсортированы в неубывающем порядке, $n \leq m$, а для каждого $p \left (1 \leq p \leq n \right )$ имеет место неравенство $p \leq u(p) \leq m$. Это следует из того, что для $p$-го элемента последовательности $u$ мы выполняем GET транзакцию, которая выводит $p$-ый минимальный элемент из набора чисел $A_1, \ A_2, \ldots , \ A_{u_p}$.

Входные данные

Состоит из следующего набора чисел: $m, \ n, \ A_1, \ A_2, \ldots , \ A_m, \ u_1, \ u_2, \ldots , \ u_n.$ Все числа разделены пробелами и (или) символом перевода на новую строку.

Выходные данные

Вывести ответы Черного Ящика на последовательность выполненных транзакций. Каждое число должно выводиться в отдельной строке.

Тесты

Входные данные Выходные данные
7 4
3 1 -4 2 8 -1000 2
1 2 6 6
3
3
1
2
8 3
5 8 3 7 3 5 7 0
2 3 3
5
5
8
10 4
6 3 7 3 8 4 7 4 6 15
4 6 8 9
3
3
4
4
5 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
11 5
4 6 8 9 5 3 6 8 10 12 13
6 7 8 9 10
3
4
5
6
6

Код программы

Решение задачи

Пусть nums — множество всех элементов последовательности $A_n$. blackBox — мультимножество, представляющее собой описанный в задаче Черный Ящик на $i$-ом запросе. Изначально blackBox содержит «бесконечность» для избежания выхода за пределы. it — итератор, указывающий на $i$-ый минимальный элемент blackBox. Изначально данный итератор указывает на первый элемент множества. На $i$-ом запросе в blackBox копируются элементы массива nums от $u_{i-1}-1$-го до $u_{i}-1$-го (примем, что $u_0$ = 0). Тогда при добавлении в blackBox элемента, меньшего, чем тот, на который в данный момент указывает итератор it — $min_i$, $i$-ым минимальным элементом, становится элемент, предшествующий $min_i$. После выполнения ответа на $i$-ый запрос итератор должен указывать на $i+1$-ый минимальный элемент, то есть на элемент, следующий за $min_i$.

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Решение на e-olymp
Код решения на Ideone

e-olymp 440. Подделка чека

Задача

Один из способов мошенничества, разработанных О. Бендером, заключался в следующем. Он вырезал полоску бумаги, содержащую несколько цифр из суммы чека (можно вырезать и крайние цифры), разрезал ее на две части, переставлял эти две части местами и аккуратно подклеивал обратно. Напишите программу, определяющую максимальное число, которое может быть получено в результате указанной манипуляции.

Входные данные

Во входном файле в первой строке содержится одно целое положительное число не более чем из $100$ цифр.

Выходные данные

В выходной файл вывести одно число – максимальное число, которое можно получить в результате указанной манипуляции, или исходное число, если увеличить число невозможно.

Тесты

Входные данные Выходные данные
$123321$ $332121$
$7888778888878888788878878777887$ $8888878888788878887778878777887$
$1091$ $9100$
$26364$ $64263$
$98765$ $98765$

Код программы

String

C-String

Решение задачи

Пусть заданы два числа: $a = \overline{a_1a_2 \ldots a_k},\ b = \overline{b_1b_2 \ldots b_k}$. Тогда $a > b \Leftrightarrow \exists i: \ \forall j < i \ a_j = b_j \ \wedge \ a_i = b_i$. Отсюда получаем необходимое условие получения максимального числа при перестановке в записи числа $a$ групп цифр $\overline{a_ia_{i+1} \ldots a_l}$ и $\overline{a_ja_{j+1} \ldots a_m} \ l<j$ местами: $i = \min_{1 < s < k} s: \ \exists t>s: \ a_t \gt a_s$. Если такое $i$ существует, то далее мы делаем перебор по всем возможным перестановкам, таким что первая группа чисел начинается с индекса $i$ и таким образом находим максимально возможное число. В противном случае данное число уже является максимальным.

Ссылки

Условие задачи на e-olymp
Решение на e-olymp. String
Решение на e-olymp. C-String
Код решения на Ideone. String
Код решения на Ideone. C-String