3655.区间乘法查询后的异或II

目标

给你一个长度为 n 的整数数组 nums 和一个大小为 q 的二维整数数组 queries,其中 queries[i] = [li, ri, ki, vi]。

对于每个查询,需要按以下步骤依次执行操作:

  • 设定 idx = li。
  • 当 idx <= ri 时:
    • 更新:nums[idx] = (nums[idx] * vi) % (10^9 + 7)。
    • 将 idx += ki。

在处理完所有查询后,返回数组 nums 中所有元素的 按位异或 结果。

示例 1:

输入: nums = [1,1,1], queries = [[0,2,1,4]]
输出: 4
解释:
唯一的查询 [0, 2, 1, 4] 将下标 0 到下标 2 的每个元素乘以 4。
数组从 [1, 1, 1] 变为 [4, 4, 4]。
所有元素的异或为 4 ^ 4 ^ 4 = 4。

示例 2:

输入: nums = [2,3,1,5,4], queries = [[1,4,2,3],[0,2,1,2]]
输出: 31
解释:
第一个查询 [1, 4, 2, 3] 将下标 1 和 3 的元素乘以 3,数组变为 [2, 9, 1, 15, 4]。
第二个查询 [0, 2, 1, 2] 将下标 0、1 和 2 的元素乘以 2,数组变为 [4, 18, 2, 15, 4]。
所有元素的异或为 4 ^ 18 ^ 2 ^ 15 ^ 4 = 31。

说明:

  • 1 <= n == nums.length <= 10^5
  • 1 <= nums[i] <= 10^9
  • 1 <= q == queries.length <= 10^5
  • queries[i] = [li, ri, ki, vi]
  • 0 <= li <= ri < n
  • 1 <= ki <= n
  • 1 <= vi <= 10^5

思路

有一个长度为 n 的数组,对该数组执行 n 次查询,每次查询从 li 开始,对相距 ki 个位置上的元素执行 nums[idx] = (nums[idx] * vi) % (10^9 + 7) 直到下标 idx > ri。求处理完所有查询后 nums 中所有元素的 按位异或 结果。

可以参考差分数组的思想,采用商分数组。为每一个 ki 创建一个商分数组,需要更新的下标为 l、l + ki、l + 2 * ki、……、l + x * ki。如何确定最后一个下标?使用 r - l 将区间平移至 [0, r - l],距离右端点最近的距离为 (r - l) % k,因此原区间 [l, r] 的最后一个下标是 r - (r - l) % k。对于商分数组,需要在 l 处乘以 vi,在 r - (r - l) % k + k 处除以 vi。由于涉及到取模,这里需要求 vi 的逆元,根据 费马小定理 等价于计算 vi^(p - 2) % p,可以使用快速幂。

暴力解法的时间复杂度为 O(q * n / k),其中 q 为查询数组长度,nnums 长度,k 为所有查询中 ki 的均值,商分数组的时间复杂度为 O(q * logM + k * n)logM 为快速幂求逆元的时间复杂度,M = 10^9 + 7k * n 的复杂度用于遍历每一个 ki 的商分数组,内部是根据起点分组的 0 ~ ki - 1,步长为 ki

可以发现暴力解法的复杂度 k 越大越好,而商分数组的解法 k 越小越好。可以设置一个阈值 S,小于 S 使用商分数组,大于等于 S 使用暴力解法,时间复杂度为 O(q * n / S + S * n)。根据基本不等式 a + b >= 2sqrt(ab),当 a == b 时取等号,因此 q/S + S >= 2 * sqrt(q),当 S = sqrt(q) 时取得最小值。

代码

性能

3251.单调数组对的数目II

目标

给你一个长度为 n 的 正 整数数组 nums 。

如果两个 非负 整数数组 (arr1, arr2) 满足以下条件,我们称它们是 单调 数组对:

  • 两个数组的长度都是 n 。
  • arr1 是单调 非递减 的,换句话说 arr1[0] <= arr1[1] <= ... <= arr1[n - 1] 。
  • arr2 是单调 非递增 的,换句话说 arr2[0] >= arr2[1] >= ... >= arr2[n - 1] 。
  • 对于所有的 0 <= i <= n - 1 都有 arr1[i] + arr2[i] == nums[i] 。

请你返回所有 单调 数组对的数目。

由于答案可能很大,请你将它对 109 + 7 取余 后返回。

示例 1:

输入:nums = [2,3,2]
输出:4
解释:
单调数组对包括:
([0, 1, 1], [2, 2, 1])
([0, 1, 2], [2, 2, 0])
([0, 2, 2], [2, 1, 0])
([1, 2, 2], [1, 1, 0])

示例 2:

输入:nums = [5,5,5,5]
输出:126

说明:

  • 1 <= n == nums.length <= 2000
  • 1 <= nums[i] <= 1000

思路

有一个长度为 n 正整数数组 nums,可以将其拆成两个数组 arr1 arr2,使之满足 arr1[i] + arr2[i] == nums[i]。问 有多少种拆分方法使得 arr1 非递减 且 arr2 非递增。

与昨天的 3250.单调数组对的数目I 相比,nums[i] 的最大值从 50 变成了 1000。时间复杂度大概为 O(n*m^2),mnums[i] 的最大值,如果还沿用昨天的解法就会超时。

先将昨天的题目改写为动态规划,定义 dp[i][j] 表示最后一个元素为 j,长度为 i + 1 的满足条件的 arr1 个数。由于 arr1 是非递减的,如果最后一个元素为 arr1[i] = j 那么倒数第二个元素arr1[i - 1] <= j。同时我们还要考虑到 arr2 非递增,即 arr2[i - 1] >= arr2[i]nums[i - 1] - arr1[i - 1] >= nums[i] - arr1[i]arr1[i - 1] <= nums[i - 1] - nums[i] + arr1[i]。综上,arr1[i - 1] <= Math.min(j, nums[i - 1] - nums[i] + j)

经过上面的分析,dp[i][j] = Σdp[i - 1][k],其中 k ∈ [0, Math.min(j, nums[i - 1] - nums[i] + j)]。这样写会超时,针对每个 j,我们会进行多次重复的计算。

d = nums[i - 1] - nums[i],当 d >= 0 时,上界为 j,否则上界为 j + d

考虑 nums[i - 1] < nums[i],即 d < 0

  • arr1[i - 1] = j 时,令arr2[i - 1] = nums[i - 1] - j = a
  • arr1[i] = j 时,arr2[i] = nums[i] - arr1[i] = nums[i - 1] - d - j = a - dd < 0

也就是说,当 arr1[i] 的取值与上一层一样时,arr2[i] 比上一层的值大了 |d|。为了使第 iarr2 非递增,那么 arr1 的取值只能从 |d| 开始。

它们之间的约束关系是这样的,当 nums[i] 变大,arr1i 层取 j 时,arr2 的第 i 层比上一层增大了 |d|,这时我们必须舍弃 [0, |d|) 的取值,因为它必定大于上一层 arr2 的最大值。然后考虑第 i 层的 arr1[|d|, nums[i]] 的情况,由于第 i 层的 arr2 相比第 i - 1 层增大了 |d|,因此需要减小第 i - 1 层的 arr1,使第 i - 1 层的 arr2 增大。所以第 i 层的 j 对应第 i - 1 层的 j - |d|

dp[i][j] 的取值类似前缀和,只不过有约束条件,并不是所有值都合法。考虑简单的情况 nums[0] == nums[1] && i == 1,

  • 当 j == 0 时,dp[1][0] = dp[0][0] = 1
  • 当 j == 1 时,上一层(i == 0) arr1 可以取 0、1,dp[1][1] = dp[1][0] + dp[0][1] = 2
  • 当 j == 2 时,上一层(i == 0) arr1 可以取 0、1、2,dp[1][2] = dp[1][1] + dp[0][2] = 3

因此我们有 dp[i][j] = (dp[i][j - 1] + dp[i - 1][j - d])

代码


/**
 * @date 2024-11-29 9:39
 */
public class CountOfPairs3251 {

    public static int MOD = 1000000007;

    public int countOfPairs(int[] nums) {
        int res = 0;
        int n = nums.length;
        int[][] dp = new int[n][1001];
        for (int i = 0; i <= nums[0]; i++) {
            dp[0][i] = 1;
        }
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            int d = Math.max(nums[i] - nums[i - 1], 0);
            for (int j = d; j <= nums[i]; j++) {
                if (j == 0) {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][0] % MOD;
                } else {
                    dp[i][j] = (dp[i][j - 1] + dp[i - 1][j - d]) % MOD;
                }
            }
        }
        for (int i : dp[n - 1]) {
            res = (res + i) % MOD;
        }
        return res;
    }

}

性能