Алгоритмы на графах

Беси начинает в комнате \((1,1)\), - единственной комнате, в которой изначально был включён свет. В некоторых комнатах она найдёт переключатели, которые могут переключать свет в других комнатах. Например, в комнате \((1,1)\) может находиться переключатель света в комнате \((1,2)\). Беси может ходить только в те комнаты, где уже горит свет. И также она может переходить из комнаты \((x,y)\) только в четыре соседние комнаты \((x-1,y)\), \((x+1,y)\), \((x,y-1)\), \((x,y+1)\) (или, возможно, в меньшее количество комнат, если она находится на границе решётки.

Определите максимальное количество комнат, в которые Беси может включить свет.

ПРИМЕР ВЫВОДА

5

Здесь Беси может использовать переключатель в комнате \((1,1)\), чтобы включить свет в комнатах \((1,2)\) и \((1,3)\). Затем она может перейти в комнату \((1,3)\) и включить свет в комнате \((2,1)\), где она может включить свет в комнате \((2,2)\). Переключатель в комнате \((2,3)\) недоступен для неё, поскольку он находится в комнате, где свет не включён. Поэтому Беси может посетить не более 5 комнат.

Авторы: Austin Bannister и Brian Dean

Беси начинает в комнате \((1,1)\), - единственной комнате, в которой изначально был включён свет. В некоторых комнатах она найдёт переключатели, которые могут переключать свет в других комнатах. Например, в комнате \((1,1)\) может находиться переключатель света в комнате \((1,2)\). Беси может ходить только в те комнаты, где уже горит свет. И также она может переходить из комнаты \((x,y)\) только в четыре соседние комнаты \((x-1,y)\), \((x+1,y)\), \((x,y-1)\), \((x,y+1)\) (или, возможно, в меньшее количество комнат, если она находится на границе решётки.

Определите максимальное количество комнат, в которые Беси может включить свет.

ПРИМЕР ВЫВОДА

5

Здесь Беси может использовать переключатель в комнате \((1,1)\), чтобы включить свет в комнатах \((1,2)\) и \((1,3)\). Затем она может перейти в комнату \((1,3)\) и включить свет в комнате \((2,1)\), где она может включить свет в комнате \((2,2)\). Переключатель в комнате \((2,3)\) недоступен для неё, поскольку он находится в комнате, где свет не включён. Поэтому Беси может посетить не более 5 комнат.

Авторы: Austin Bannister и Brian Dean

ФД проталкивает молоко между K парами стойл (\(1 \leq K \leq 100,000\)). Для \(i\)-ой такой пары вам сообщают \(s_i\) и \(t_i\), начальную и конечную точки пути между которыми молоко проталкивается на единичной скорости. ФД опасается, что некоторые стойла могут переполниться молоком, проталкиваемым через них. Помогите ФД определить максимальное количество молока, которое можно протолкнуть через любое стойло. Если молоко проталкивается вдоль пути от \(s_i\) до \(t_i\), тогда считается, что оно проталкивается не только через конечные точки(стойла) \(s_i\) и \(t_i\), но также и через каждое стойло на пути между ними.

Однако подождите! Каждая клетка имеет свой цвет, и каждый цвет имеет различные свойства:

• Если клетка red (красная), то в неё ходить нельзя
• Если клетка pink (розовая), то в неё можно ходить
• Если клетка orange (оранжевая), то в неё можно ходить, но Беси станет пахнуть как апельсин.
• Если клетка blue (синяя) , то она содержит пираний, которые позволят Беси пройти только если она пахнет как апельсин.
• Если клетка purple (пурпурная), то Беси проскальзывает в следующую клетку в этом направлении (если только в следующую клетку можно заходить). Если следующая клетка также пурпурная, Беси продолжает скользить, пока не попадёт в не пурпурную клетку или остановится перед непроходимой клеткой. Скольжение одной клетки засчитывается как один шаг. Пурпурные клетки также удаляют запах.

(Пример ниже подробнее поясняет "пурпурные" клетки)

Помогите Беси добраться из левого верхнего угла в правый нижний за минимально возможное количество ходов.

Однако подождите! Каждая клетка имеет свой цвет, и каждый цвет имеет различные свойства:

• Если клетка red (красная), то в неё ходить нельзя
• Если клетка pink (розовая), то в неё можно ходить
• Если клетка orange (оранжевая), то в неё можно ходить, но Беси станет пахнуть как апельсин.
• Если клетка blue (синяя) , то она содержит пираний, которые позволят Беси пройти только если она пахнет как апельсин.
• Если клетка purple (пурпурная), то Беси проскальзывает в следующую клетку в этом направлении (если только в следующую клетку можно заходить). Если следующая клетка также пурпурная, Беси продолжает скользить, пока не попадёт в не пурпурную клетку или остановится перед непроходимой клеткой. Скольжение одной клетки засчитывается как один шаг. Пурпурные клетки также удаляют запах.

(Пример ниже подробнее поясняет "пурпурные" клетки)

Помогите Беси добраться из левого верхнего угла в правый нижний за минимально возможное количество ходов.

Беси помогает Эльзе играть со словами. Слова берутся из банка, содержащего \(M\) различных слов, ни одно слово не является префиксом другого.

Пока банк не пустой, Беси выбирает слово из банка, удаляет его из банка, читает его Эльзе по одному символу за раз слева направо. Задача Эльзы сказать Беси, как только она уникально определит слово, после чего Беси прекращает чтение.

Беси уже решила читать слова из словаря в порядке \(w_1,w_2,\dots,w_M\). Если Эльза ответит так быстро, как это возможно, сколько символов из каждого слова прочитает Беси?

Слова заданы в сжатом формате. Сначала мы определяем \(N+1\) (\(1\le N\le 10^6\)) различных слов и затем банк слов состоит из всех этих слов, ни одно из которых не является префиксом другого. Слова определяются следующим образом:

• Изначально, 0-ое слово - пустая строка.
• Затем для каждого each \(1\le i\le N\), \(i\)-ое слово будет равно \(p_i\)-ому слову плюс дополнительный символ в конце (\(0\le p_i<i\)). Символы выбираются так, что все \(N+1\) слов различны.

**Замечание: Память на тест 512MB, в два раза больше, чем по умолчанию.**

Беси планирует бесконечное путешествие в стране с \(N\) (\(1\leq N \leq 10^5\)) городами. В каждом городе есть портал и время зацикливания \(T_i\). Все \(T_i\). являются степенями двойки и \(T_1 + \cdots + T_N \leq 10^5\). Если Вы войдёте в портал города \(i\) в день \(t\), Вы немедленно выйдете из портала в городе \(c_{i, t\bmod{T_i}}\).

У Беси есть \(Q\) (\(1\leq Q \leq 5\cdot 10^4\)) планов её путешествия, каждый из которых есть тройка чисел \((v, t, \Delta)\). В каждом плане она начинает в городе \(v\) в день \(t\). Затем она делает следующее \(\Delta\) раз. Она входит в портал текущего города, затем ждёт один день. Для каждого из её планов она хочет узнать, в каком городе она закончит путешествие.

Корова Бесси только что закончила курс графовых алгоритмов. И выполнила кодирование своего собственного графического визуализатора! В настоящее время ее визуализатор графов только способен визуализировать корневые деревья с узлами различных значений, и он может выполнять только один вид операции: слияние.

В частности, операция слияния берет любые два различных узла в дереве с один и тем же родителем и объединяет их в один узел со значением, равным максимальному значений двух объединенных узлов, а потомки — объединение всех потомков объединенных узлов (если есть).

К сожалению, после того, как Бесси выполнила несколько операций слияния с деревом, ее программа дала сбой, потеряв историю выполненных ею операций слияния. Все, что Бесси помнит, что это дерево, с которого она начала, и дерево, которым она закончила после того как она выполнила все свои операции слияния.

Учитывая ее начальное и конечное деревья, определите последовательность операций слияния, которые могла бы выполнить Бесси. Гарантируется, что последовательность существует.

Каждый вход состоит из \(T\) (\(1\le T\le 100\)) независимых подтестов. Гарантируется, что сумма \(N\) по всем тестам не превышает \(1000\).

Имеется \(N\) пастбищ (\(2 \le N \le 2\cdot 10^5\)), соединённых \(N-1\) дорогой, так что ои образуют дерево. Перемещение по каждой дороге занимает одну секунду. В начале на каждом пастбище 0 травы, трава на \(i\)-ом пастбище растёт со скоростью \(a_i\) (\(1\le a_i\le 10^8\)) единиц в секунду. Фермер Джон вначале находится в пастбище 1 и должен удобрить траву на каждом пастбище. Если он посещает пастбище, в котором \(x\) единиц травы, он должен потратить \(x\) единиц удобрений. Удобрять требуется только при первом посещении пастбища и удобрение пастбища занимает 0 единиц времени.

Ввод содержит дополнительный параметр \(T\in \{0,1\}\).

• Если \(T=0\), ФД должен завершить путь в пастбище 1.
• Если \(T=1\), ФД может завершить путь в любом пастбище.

Вычислите минимальное количество времени, которое требуется ФД, чтобы удобрить все пастбища и минимальное количество удобрений, которое потребуется, чтобы закончить в этот момент времени.

Каждая вершина \(i\) в этом дереве ассоциируется с породой, имеющей целое число пятен \(s_i\). Дисбалансом такого дерева называется максимум \(|s_i-s_j|\) по всем парам \((i,j)\) таким, что \(j\) есть предок \(i\).

Фермер Джон не знает точное значение \(s_i\) для каждой породы, но он знает нижнюю и верхнюю границу этих величин. Ваша задача - назначить значения \(s_i \in [l_i,r_i]\) (\(0\le l_i\le r_i\le 10^9\)) каждой вершине так, чтобы минимизировать дисбаланс этого дерева.

\(i\)-ая корова размещена в точке \((x_i,y_i)\), где \(0 \leq x_i \leq 10^6\) \(0 \leq y_i \leq 10\). Стоимость построения коммуникационной линии между коровами \(i\) и \(j\) есть квадрат расстояния между ними: \((x_i-x_j)^2 + (y_i-y_j)^2\).

Вычислите минимальную стоимость построения коммуникационной сети, так чтобы каждая корова могла разговаривать с любой другой непосредственно или через последовательность линий связи.

**Замечание : Лимитна время на тест = 4s, в дфа раза больше обычного..**

Сейчас Эльза создаёт новый неориентированный граф \(G\) с \(N_1\cdot N_2\cdots N_K\) вершинами, каждая из которых помечена \(K\)-плетом \((j_1,j_2,\ldots,j_K)\), где \(1\le j_i\le N_i\). В \(G\) две вершины \((j_1,j_2,\ldots,j_K)\) и \((k_1,k_2,\ldots,k_K)\) соединены ребром, если для всех i \(1\le i\le K\), \(j_i\) и \(k_i\) соединены ребром в \(G_i\).

Определим расстояние между двумя вершинами в \(G\) которые лежат в одной и той же связной компоненте как минимальное количество ребер на пути из одной вершины в другую. Вычислите сумму расстояний между вершиной \((1,1,\ldots,1)\) и каждой вершиной в этой же компоненте в \(G\) по модулю \(10^9+7\).

\(|i-j|\) минут требуется, чтобы передать сообщение от коровы \(i\) к корове \(j\). Однако не все породы готовы взаимодействовать друг с другом, что описано в матрице \(S\) размером \(K \times K\), где \(S_{ij} = 1\) если корова породы \(i\) готова передать сообщение корове породы \(j\) и 0 в противном случае. Необязательно истина то, что \(S_{ij}=S_{ji}\), и даже может быть случай, когда \(S_{ii} = 0\), то есть корова породы \(i\) не будет передавать сообщение корове своей породы.

Определите минимальное количество времени, которое потребуется для передачи сообщения.

На этой ферме имеется два амбара - один в поле \(1\), другой в поле \(N\). ФД хочет быть уверен, что имеется путь между двумя амбарами последовательностью дорожек. Оно готов построить до двух новых дорожек, чтобы добиться своей цели. Стоимость построения дорожки между полями \(i\) и \(j\) есть \((i-j)^2\).

Помогите ФД определить минимальную стоимость сделать так, чтобы амбары \(1\) и \(N\) стали достижимы друг для друга.

Во время представления коровы выполняют произвольно большое количество "шагов". Во время "шага" корова перемещается из своей текущей вершины в соседнюю незанятую вершину. Два стартовых состояния называются эквивалентными, если одно из них может быть достигнуто из другого некоторой последовательностью шагов.

Для каждого \(1 \leq K \leq N\), помогите коровам определить количество классов эквивалентности стартовых состояний: то есть максимальное количество стартовых состояний, которое они могут выбрать, так что никакие два из них не будут эквивалентными. Поскольку эти числа могут быть очень большими, выведите их остатки по модулю \(10^9 + 7\).

ФД хочет разбить множество дорог на несколько путей. Его не беспокоит количество путей. Однако он хочет чтобы все эти пути максимально возможными.

Помогите ФД определить максимальное положительное целое \(K\) такое, что дороги могут быть разделены на пути длины не менее \(K\).

ФД планирует разделить множество дорог на несколько путей и делегировать ответственность за каждый путь специальному человеку. Чтобы избежать раздора, он хочет, чтобы все пути имели одинаковую длину. Он хочет узнать для каких длин существуют такие разбиения.

Более точно для каждого \(1 \leq K \leq N-1\), помогите ФД определить, могут ли дороги быть распределены на пути длиной ровно \(K\).

Каждая корова расположена в точке \((x,y)\) на двумерной карте фермы. И нам известны \(M\) (\((1 \leq M < 10^5)\)) пар коров, принадлежащих к одной и той же группе.

ФД хочет построить прямоугольную изгородь со сторонами параллельными осям координат. ФД хочет гарантировать, что как минимум одна группа коров целиком окажется внутри изгороди. Коровы на границе, считаются принадлежащими прямоугольной изгороди. Определите минимально возможный периметр такой изгороди. Допускается, что такая изгородь может иметь нулевую ширину или высоту.