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二分歸併排序之求逆序數

求排列的逆序數

題目內容:在Internet上的搜尋引擎經常需要對資訊進行比較,比如可以通過某個人對一些事物的排名來估計他(或她)對各種不同資訊的興趣,從而實現個性化的服務。

對於不同的排名結果可以用逆序來評價它們之間的差異。考慮1,2,…,n的排列i1,i2,…,in,如果其中存在j,k,滿足j < k 且 ij > ik, 那麼就稱(ij,ik)是這個排列的一個逆序。

一個排列含有逆序的個數稱為這個排列的逆序數。例如排列 263451 含有8個逆序(2,1),(6,3),(6,4),(6,5),(6,1),(3,1),(4,1),(5,1),因此該排列的逆序數就是8。顯然,由1,2,…,n 構成的所有n!個排列中,最小的逆序數是

0,對應的排列就是1,2,…,n;最大的逆序數是n(n-1)/2,對應的排列就是n,(n-1),…,2,1。逆序數越大的排列與原始排列的差異度就越大

現給定1,2,…,n的一個排列,求它的逆序數。

輸入

第一行是一個整數n,表示該排列有n個數(0<=n <= 100000)。
第二行是n個不同的正整數,之間以空格隔開,表示該排列。
輸出輸出該排列的逆序數例如:輸入:6          2 6 3 4 5 1輸出:8
基本思路:1.使用二分歸併排序法分治法】進行求解;2.將序列依此劃分為兩兩相等的子序列;3.對每個子序列進行排序(比較r[i]>r[j],如果滿足條件,則求該子序列的逆序數
count=m-i+1,其中m=(start+end)/2
4.接著合併子序列即可。演算法1:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
int count=0;

/*合併子序列*/
void Merge(long long r[],int s,int m,int t){
	int i,j;
	for(j=m+1;j<=t;j++){
		for(i=s;i<=m;i++){
			if(r[i]>r[j])
			   count++;
		}
	}   
} 

/*對序列r[s]-r[t]進行歸併排序*/ 
int MergeSort(long long r[],int s,int t){
	int m;
	if(s==t) 
	   return -1;
	else{
		m=(s+t)/2;
		MergeSort(r,s,m);
		MergeSort(r,m+1,t);
		Merge(r,s,m,t);
	}
}

int main(){
    long long *a;//注意使用long long型,以防溢位 
    int n,i;
    scanf("%d",&n);
    //動態開闢陣列 
    a=(long long *)malloc(n*sizeof(long long));
    for(i=0;i<n;i++)
       scanf("%lld",&a[i]);
    MergeSort(a,0,n-1);
    printf("%d",count);
	return 0;
}

如果使用簡單的演算法1第一層迴圈逐個掃描序列的元素,第二層迴圈逐個掃描當前元素之後的所有元素,看是否形成逆序對,並統計逆序對的數目,這個演算法的時間複雜度是O(n^2)事實上還有時間複雜度為O(nlogn)的演算法2。考慮歸併排序的某一合併步驟,例如3,4,6,102,5,7,8合併,3>2,由於左右半邊各自有序,所以左半邊3之後的元素均>3>2,因此都會與2形成逆序對,所以目前有4個逆序對(3,2)(4,2)(6,2)(10,2),把2劃去,兩個子序列變為3,4,6,10與5,7,8,重複以上過程,即可統計出“新增”逆序對的數目count。這個過程的時間複雜度為O(n)。
演算法2:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#define max 100001
long long count=0;

/*合併子序列*/
void Merge(long long r[],long long r1[],int s,int m,int t){
	int i=s,j=m+1,k=s;
	while(i<=m&&j<=t){
		if(r[i]<=r[j])
		   r1[k++]=r[i++];
		else{
		   r1[k++]=r[j++];
		   count+=(m-i+1);
		}
	}
	while(i<=m)
	   r1[k++]=r[i++];
	while(j<=t)
	   r1[k++]=r[j++];
	for(i=s;i<=t;i++)
	   r[i]=r1[i];
} 

/*對序列r[s]-r[t]進行歸併排序*/ 
int MergeSort(long long r[],int s,int t){
	int m;
	long long r1[max];
	if(s==t) 
	   return -1;
	else{
		m=(s+t)/2;
		MergeSort(r,s,m);
		MergeSort(r,m+1,t);
		Merge(r,r1,s,m,t);
	}
}

int main(){
    int n,i;
    long long *a;//注意使用long long型,以防溢位
    scanf("%d",&n);
    if(n==0){//如果輸入個數為0,直接輸出0 
	printf("%d",count);
	exit(0);
    }
    a=(long long *)malloc(n*sizeof(long long));
    for(i=0;i<n;i++)
       scanf("%lld",&a[i]);
    MergeSort(a,0,n-1);
    printf("%lld",count);
	return 0;
}
注意:為防止溢位,每個變數資料型別一定要慎重選擇!!!