[JOI] F – とてもたのしいたのしい家庭菜園(JOI 2024 春合宿)

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概要

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解法 (時間計算量 $\Theta(N\log N\log A)$)

二分探索します.次が $\Theta(N\log N)$ 時間で解ければよいです.

$(A_1, \ldots, A_{3N})$ と $(B_1, \ldots, B_N)$ と $K$ が与えられる.各 $i$ に対して,$A_i, \ldots, A_{i+N-1}$ と $B_1, \ldots, B_N$ の間の完全マッチングであって,各対の差が $K$ 以下であるものが存在するか否かを判定せよ.

なお本問では $A$ に単峰性が仮定されていますが,ここではまだ使いません.

以下,完全マッチングといえばどの対の差も $K$ 以下であるものとします.


まず $i$ を固定したときの判定問題を考えます.これにはソートして貪欲などの単純な解法もありますが,ここでは Hall の定理による特徴づけを考えます.

$(a_1,\ldots,a_N)$ と $(b_1,\ldots,b_N)$ がソートされているとき, これらの間に完全マッチングが存在しないのは,次が成り立つ場合です:

$a_i$ からうまく $n$ 個選んだとき,選んだいずれかの $a_i$ との距離が $K$ 以下であるような $b_j$ の個数が $n-1$ 個以下になる.

このような反例となる $n$ 個の選び方について,各 $a_i$ の近傍は区間で,数える $b_j$ はそれらの区間の和集合です.区間の和集合が $2$ つ以上の連結成分に分かれる場合には,いずれかの成分が反例を与えるため,$a_i$ の近傍となる区間全体は連結であるとしてよいです.このとき,$a_i < a_j < a_k$ であり $a_i, a_k$ を選ぶならば $a_j$ も選ぶとしてよいことが分かります.したがって,$a_l, \ldots, a_r$ というような選び方のみ探索すればよいことが分かります.

各 $a_i$ について,$a_i-K$ 未満の $b_j$ の個数を $x_i$,$a_i+K$ 以下の $b_j$ の個数を $y_i$ とし,$z_i=1$ とすれば,次のような問題に帰着されます:

$(z_l+\cdots+z_r)-(y_r-x_l)\geq 1$ を満たす $(l,r)$ が存在するか判定せよ.

これはセグメント木で扱える形です.区間に対する左辺の最大値の他,$x_l+(z_l+z_{l+1}+\cdots)$ や $(\cdots + z_r)-y_r$ の最大値などを管理します.


判定問題がセグメント木で解ける形になったので,セグメント木の点更新を利用すればすべての $(A_i, \ldots, A_{i+N-1})$ に対する問題が解けます.項 $A_i$ に対応するセグメント木のインデックスは,$i$ ではなく $A_i$ を座圧したものとします.$A$ を座圧しておくと,おおよそ次のような手順になります:

  • セグメント木における $A[0], \ldots, A[N-1]$ 番目のノードに適当な値を入れる.
  • $A[N+i]$ 番目のノードに値を入れ,$A[i]$ 番目のノードの値を削除(単位元に置き換え)する.
  • 適宜,セグメント木の要素の総積を求める.

これで $O(N\log N\log A)$ 時間の解法になります.残念ながら 30 点しかとれませんでした.

解法 (時間計算量 $\Theta(N\log A)$)

入力の特徴を利用して高速化しましょう.

$A$ に単調性があることを利用します.$p_i = \min(A[i], A[N+i])$, $q_i = \max(A[i], A[N+i])$ とすると,$\sum |p_i-p_{i+1}|$ や $\sum |q_i-q_{i+1}|$ は $O(N)$ です.つまり,セグメント木の点更新を行うのですが,その位置のインデックス変化の総和が小さいです.このことを利用しましょう.

列のデータを次の 3 つに分けて管理します:$[0,p_i), [p_i,q_i), [q_i,2N)$.

セグメント木はあきらめて,それぞれの部分を SWAG で管理します.$p_i, q_i$ の変更は,先頭や末尾に対する push, pop で書けます(mo のアルゴリズムの有名な実装と同じようにできる).$p_i$ や $q_i$ に対する点更新も,先頭に対する push, pop で書けます.

これで計算量 $\Theta(N)$ (二分探索込みで $\Theta(N\log A)$ )になりました.

私の解法では結構定数倍が厳しかったです.

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