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题意:
给定二维平面上的n个点坐标,常数k
下面n行给出坐标
求一个最小生成树,问第k大的边是多少。
任意两个点间建一条边的花费是其曼哈顿距离。
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一、曼哈顿距离最小生成树
曼哈顿距离最小生成树问题可以简述如下:
给定二维平面上的N个点,在两点之间连边的代价为其曼哈顿距离,求使所有点连通的最小代价。
朴素的算法可以用O(N2)的Prim,或者处理出所有边做Kruskal,但在这里总边数有O(N2)条,所以Kruskal的复杂度变成了O(N2logN)。
但是事实上,真正有用的边远没有O(N2)条。我们考虑每个点会和其他一些什么样的点连边。可以得出这样一个结论,以一个点为原点建立直角坐标系,在每45度内只会向距离该点最近的一个点连边。
这个结论可以证明如下:假设我们以点A为原点建系,考虑在y轴向右45度区域内的任意两点B(x1,y1)和C(x2,y2),不妨设|AB|≤|AC|(这里的距离为曼哈顿距离),如下图:
|AB|=x1+y1,|AC|=x2+y2,|BC|=|x1-x2|+|y1-y2|。而由于B和C都在y轴向右45度的区域内,有y-x>0且x>0。下面我们分情况讨论:
1. x1>x2且y1>y2。这与|AB|≤|AC|矛盾;
2. x1≤x2且y1>y2。此时|BC|=x2-x1+y1-y2,|AC|-|BC|=x2+y2-x2+x1-y1+y2=x1-y1+2*y2。由前面各种关系可得y1>y2>x2>x1。假设|AC|<|BC|即y1>2*y2+x1,那么|AB|=x1+y1>2*x1+2*y2,|AC|=x2+y2<2*y2<|AB|与前提矛盾,故|AC|≥|BC|;
3. x1>x2且y1≤y2。与2同理;
4. x1≤x2且y1≤y2。此时显然有|AB|+|BC|=|AC|,即有|AC|>|BC|。
综上有|AC|≥|BC|,也即在这个区域内只需选择距离A最近的点向A连边。
这种连边方式可以保证边数是O(N)的,那么如果能高效处理出这些边,就可以用Kruskal在O(NlogN)的时间内解决问题。下面我们就考虑怎样高效处理边。
我们只需考虑在一块区域内的点,其他区域内的点可以通过坐标变换“移动”到这个区域内。为了方便处理,我们考虑在y轴向右45度的区域。在某个点A(x0,y0)的这个区域内的点B(x1,y1)满足x1≥x0且y1-x1>y0-x0。这里对于边界我们只取一边,但是操作中两边都取也无所谓。那么|AB|=y1-y0+x1-x0=(x1+y1)-(x0+y0)。在A的区域内距离A最近的点也即满足条件的点中x+y最小的点。因此我们可以将所有点按x坐标排序,再按y-x离散,用线段树或者树状数组维护大于当前点的y-x的最小的x+y对应的点。时间复杂度O(NlogN)。
至于坐标变换,一个比较好处理的方法是第一次直接做;第二次沿直线y=x翻转,即交换x和y坐标;第三次沿直线x=0翻转,即将x坐标取相反数;第四次再沿直线y=x翻转。注意只需要做4次,因为边是双向的。
至此,整个问题就可以在O(NlogN)的复杂度内解决了。
#include <stdio.h> #include <iostream> #include <algorithm> #include <sstream> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <limits.h> #include <vector> #include <string> #include <time.h> #include <math.h> #include <iomanip> #include <queue> #include <stack> #include <set> #include <map> const int inf = 1e8; const double eps = 1e-8; const double pi = acos(-1.0); template <class T> inline bool rd(T &ret) { char c; int sgn; if (c = getchar(), c == EOF) return 0; while (c != '-' && (c<'0' || c>'9')) c = getchar(); sgn = (c == '-') ? -1 : 1; ret = (c == '-') ? 0 : (c - '0'); while (c = getchar(), c >= '0'&&c <= '9') ret = ret * 10 + (c - '0'); ret *= sgn; return 1; } template <class T> inline void pt(T x) { if (x <0) { putchar('-'); x = -x; } if (x>9) pt(x / 10); putchar(x % 10 + '0'); } using namespace std; const int N = 1e5 + 10; class MST{ struct Edge{ int from, to, dis; Edge(int _from = 0, int _to = 0, int _dis = 0) :from(_from), to(_to), dis(_dis){} bool operator < (const Edge &x) const{ return dis < x.dis; } }edge[N << 3]; int f[N], tot; int find(int x){ return x == f[x] ? x : f[x] = find(f[x]); } bool Union(int x, int y){ x = find(x); y = find(y); if (x == y)return false; if (x > y)swap(x, y); f[x] = y; return true; } public: void init(int n){ for (int i = 0; i <= n; i++)f[i] = i; tot = 0; } void add(int u, int v, int dis){ edge[tot++] = Edge(u, v, dis); } int work(){ sort(edge, edge + tot); int cost = 0; for (int i = 0; i < tot; i++){ if (Union(edge[i].from, edge[i].to)) cost += edge[i].dis; } return cost; } int work_kth(int k){ sort(edge, edge + tot); int cost = 0; for (int i = 0; i < tot && k; i++){ if (Union(edge[i].from, edge[i].to)) cost = edge[i].dis, k--; } return cost; } }mst; struct Point{ int x, y, id; friend bool operator<(const Point&a, const Point&b){ if (a.x == b.x)return a.y < b.y; return a.x < b.x; } }p[N]; class BIT{ int c[N], id[N], maxn; int lowbit(int x){ return x&-x; } public: void init(int n){ maxn = n + 10; fill(c, c + maxn + 1, inf); fill(id, id + maxn + 1, -1); } void updata(int pos, int val, int _id){ while (pos){ if (c[pos] > val){ c[pos] = val; id[pos] = _id; } pos -= lowbit(pos); } } int query(int pos){ int val = inf, _id = -1; while (pos <= maxn){ if (val > c[pos]){ val = c[pos]; _id = id[pos]; } pos += lowbit(pos); } return _id; } }tree; inline bool cmp(int *x, int *y){ return *x < *y; } class Manhattan_MST{ int *po[N], a[N]; public: int work(int l, int r, int k){ mst.init(r); for (int dir = 1; dir <= 4; dir++){ if (dir%2==0)for (int i = l; i <= r; i++)swap(p[i].x, p[i].y); else if (dir == 3)for (int i = l; i <= r; i++)p[i].x = -p[i].x; sort(p + l, p + r + 1); for (int i = l; i <= r; ++i) a[i] = p[i].y - p[i].x, po[i] = &a[i]; sort(po + l, po + r + 1, cmp); for (int i = l; i <= r; i++)*po[i] = i; tree.init(r); for (int i = r; i >= l; i--) { int id = tree.query(a[i]); if (id != -1) mst.add(p[i].id, p[id].id, abs(p[i].x - p[id].x) + abs(p[i].y - p[id].y)); tree.updata(a[i], p[i].x + p[i].y, i); } } return mst.work_kth(k); } }m_mst; int n, k; int main(){ rd(n); rd(k); for (int i = 1; i <= n; i++)rd(p[i].x), rd(p[i].y), p[i].id = i; pt(m_mst.work(1, n, n-k)); puts(""); return 0; }