Алгоритмы сортировки

В настоящий момент коровы выстроились в линию в порядке \(p_1, p_2, p_3, \dots, p_N\), и ФД стоит перед коровой \(p_1\). Он хочет переупорядочить коров так, чтобы они стали в порядке \(1, 2, 3, \dots, N\), с коровой \(1\) перед ФД.

Фермера Джона слышит только корова, которая стоит перед ним. В этот момент ФД может сказать ей перейти на \(k\) позиций назад (\(k\) в интервале \(1 \ldots N-1\).). \(k\) коров, которых она проходит , двигаются вперёд, освобождая место для неё, в которое она и становится.

Например, пусть \(N=4\) и коровы стоят в таком порядке

 ФД: 4, 3, 2, 1 

Единственная корова, которая слышит ФД, это корова \(4\). Если он скажет ей сдвинуться на 2 позиции, порядок станет таким:

 ФД: 3, 2, 4, 1 

Теперь ФД слышит только корова \(3\). Теперь ей можно давать инструкцию и т.д.

Определите минимальное количество инструкций, которые должен дать ФД, чтобы отсортировать всех коров.

Её любимый алгоритм - пузырьковая сортировка. Ниже приведена его реализация в коровьем коде, которая сортирует массив \(A\) длины \(N\).

sorted = false
while (not sorted):
   sorted = true
   moo
   for i = 0 to N-2:
      if A[i+1] < A[i]:
         swap A[i], A[i+1]
         sorted = false

Команда "moo" выводит слово "moo".

По данному массиву предскажите, сколько раз будет напечатано слово "moo" этим кодом Беси.

Назовём позицию между элементами \(i\) и \(i+1\) массива \(A\) точкой разбиения если максимум из \(A[...i]\) не больше чем минимум \(A[i+1 \ldots]\). Беси помнит, что быстрая сортировка реорганизует массив так, чтобы у него появилась точка разбиения, а затем рекурсивно сортирует две стороны \(A[...i]\) и \(A[i+1 \ldots]\). Однако хотя она помнит, что все точки разбиения можно найти за линейное время, она забыла как в быстрой сортировке реорганизуется массив, чтобы быстро создать точку разбиения. Она решила использовать пузырьковую сортировку для решения этой задачи

Ниже приведен алгоритм Беси Сначала она написала простую функцию, которая делает один проход пузырьковой сортировки:

bubble_sort_pass (A) {
   for i = 0 to length(A)-2
      if A[i] > A[i+1], swap A[i] and A[i+1]
}

Рекурсивный код Беси для "быстрой" сортировки такой:

quickish_sort (A) {
   if length(A) = 1, return
   do { // Main loop
      work_counter = work_counter + length(A)
      bubble_sort_pass(A)
   } while (no partition points exist in A) 
   divide A at all partition points; recursively quickish_sort each piece
}

Теперь Беси интересно, насколько быстро работает её код. Для простоты она считает, что её итерация работает линейно и поэтому она просто инкрементирует глобальную переменную work_counter внутри цикла текущим размером массива так, чтобы оценивать общую работу, выполненную алгоритмом.

По заданному входному массиву, предскажите финальное значение величины work_counter после завершения алгоритма quickish_sort.

Её любимый алгоритм называется "пузырьковая сортировка". Ниже приведена начальная его версия в коровьем коде для сортировки массива \(A\) из \(N\) элементов.

sorted = false
while (not sorted):
   sorted = true
   moo
   for i = 0 to N-2:
      if A[i+1] < A[i]:
         swap A[i], A[i+1]
         sorted = false

Команда "moo" выводит слово "moo".

После тестирования кода на нескольких массивах, Беси сделала интересное наблюдение: в то время ка большие элементы становятся в конец массива очень быстро, маленькие элементы становятся в начало массива очень медленно. Для дальнейшего исследования проблемы, Беси модифицировала свой код так, чтобы её код сканировал элементы вперёд а затем назад на каждой итерации главного цикла, так чтобы и большие элементы и маленькие элементы быстро достигали границ массива. Ниже представлен её код.

sorted = false
while (not sorted):
   sorted = true
   moo
   for i = 0 to N-2:
      if A[i+1] < A[i]:
         swap A[i], A[i+1]
   for i = N-2 downto 0:
      if A[i+1] < A[i]:
         swap A[i], A[i+1]
   for i = 0 to N-2:
      if A[i+1] < A[i]:
         sorted = false

По заданному входному массиву предскажите, сколько раз слово "moo" будет напечатано этим модифицированным кодом.

У ФД есть \(N\) коров (\(1 \leq N \leq 100,000\)), каждая способна производить некоторое количество молока каждый день. \(M\) магазинов (\(1 \leq M \leq 100,000\)) недалеко от фермы Джона покупают определённое количество молока, каждый по своей цене. Более того, \(R\) (\(1 \leq R \leq 100,000\)) соседних фермеров заинтересованы в аренде коров по некоторой цене.

ФД должен выбрать для каждой коровы, доить её самому или отдать в аренду соседнему фермеру. Помогите ФД определить максимальное количество денег, которое он может заработать за один день.

Чтобы обеспечить безопасность, он нанял \(N\) коров спасателями, каждый из которых работает в течение некоторого интервала времени в течение дня. Для простоты, бассейн открыт с момента времени \(t=0\) до момента времени \(t = 1,000,000,000\) каждый день. Поэтому каждый интервал может быть описан двумя целыми числами - временем начала и конца работы спасателя. Например, спасатель, начинающий в момент времени \(t = 4\) и завершающий в момент времени \(t = 7\), покрывает интервал в три единицы времени.

К несчастью, ФД нанял на одного спасателя больше чем может платить зарплату. При условии, что он должен уволить одного спасателя, какой максимальный интервал времени, будет покрыт оставшимися спасателями? Интервал времени покрыт, если присутствует хоть один спасатель в это время.

Для красоты ФД хочет построить своих коров в ряд по возрастанию роста. К несчастью, сразу после того, как коровы выстроились в нужном порядке, Беси вышла со своего места и стала на другое.

ФД хочет обменять пары коров, так чтобы снова стадо выстроилось в нужном порядке. Определите минимальное количество обменов, которые должен сделать ФД, чтобы вернуть порядок в строю коров.

На маленькой полянке есть очень редкая трава. Как результат, все \(N\) (\(1 \leq N \leq 10^5\)) коров, прибывших на конференцию, хотят попробовать эту траву. Они выстраиваются в огромную очередь, поскольку на полянке может быть в один момент времени только одна корова.

Фермер Джон знает время \(a_i\), в которое корова \(i\) планирует прибыть на это пастбище, а также количество времени \(t_i\), которое эта корова собирается провести на этом специальном пастбище. После того, как корова \(i\) начинает есть траву, она делает это всё время \(t_i\), в течение которого все вновь прибывшие коровы вынуждены ждать. Если несколько коров ждут, когда пастбище освободится, корова с более высоким старшинством будет следующей на поедание травы. С этой целью корова, которая прибывает прямо, когда другая корова завершает есть траву, называется "ожидающей". Аналогично, если некоторое количество коров прибывает в один и тот же момент времени, и никакая корова не ест, то корова с более высоким старшинством принимается за еду.

Помогите ФД вычислить максимальное количество времени, которое придётся ждать любой корове (между временем \(a_i\) и временем, когда она начнёт есть).

Коровы со всего мира прибывают в местный аэропорт, чтобы посетить съезд и поесть траву. А именно \(N\) (\(1 \leq N \leq 10^5\)) коров прибывают в аэропорт, и корова \(i\) прибывает в момент времени \(t_i\) (\(0 \leq t_i \leq 10^9\)). ФД организовал \(M\) (\(1 \leq M \leq 10^5\)) автобусов для транспортировки коров из аэропорта. Каждый автобус может вместить до \(C\) (\(1 \leq C \leq N\)) коров. ФД ждёт вместе с автобусами в аэропорту и собирается распределить прибывающих коров по автобусам. Автобус убывает из аэропорта в момент, когда прибывает последняя корова. ФД хочет, чтобы прибывающие коровы не ждали в аэропорту слишком долго. Каково наименьшее значение максимального времени ожидания из всех коров, если ФД оптимально назначит их по автобусам. Время ожидания коровы есть разность между временем её прибытия и временем отправления автобуса, в который она распределена.

Гарантируется, что \(MC \geq N\).

Она не будет включать в размещение два алмаза, если их размеры отличаются более чем на \(K\). По данному \(K\) определите максимальное количество алмазов, которые Беси разместит в амбаре.