CodeForces 1045B Space Isaac


2018-09-30

原题链接

\(0\sim m-1\) 的数被分成两个集合,你可以分别从两个集合中取一个数相加并对 \(m\) 取模,求 \(0\sim m-1\) 中不能构造出的数。

题解

感觉如果sxd666来做这题肯定能一眼秒,然而他正忙着切其他题。

首先我们发现如果要让 \(a + b \equiv x \pmod m​\),如果已知 \(a, x​\),那 \(b​\) 一定是唯一的。也就是说,假设给定集合是 \(A​\),与之对应的集合为 \(B​\),如果有 \(a\in A​\) 但找不到 \(b\in A​\) 使得 \(a + b \equiv x\pmod m​\)。那么 \(x\in A + B​\)(定义 \(A + B = \{a + b : a\in A, b\in B\}​\))。反过来讲,如果 \(x\notin A + B​\),那么一定能把 \(A​\) 中所有元素配对(可能两个数相同),也即 \(x\notin A + B \iff A = x - A​\)(定义 \(x - A= \{x - a : a\in A\}​\))。

然后我们如果把小于 \(m\) 的整数看成一个环,如果有两个数 \(a, b\) 使 \(a + b \equiv x \pmod m\)\(a\) 顺时针时针移动,\(b\) 肯定逆时针移动(即运动方向相反,且移动的长度应该是相等的(\((a + k)\bmod m + (b - k)\bmod m \equiv a + b \pmod m\) 嘛)。

于是我们画两个圆,都表示集合 \(\{a_i\}\)(假设 \(a_i\) 已经排好序),我们要把第一个圆的点与第二个圆的点匹配。

假设 \(a_i\)\(a_j\) 匹配。我们把 \(i\) 移动至 \(i+1\),那么根据上面推出的单调性,\(j\) 必须移至 \(j-1\)(因为 \(a_i\sim a_{i+1}\) 之间没有数了,所以 \(j\) 也只能移动一格),又因为移动距离必须相等,即 \(a_{i+1} - a_i = a_j - a_{j-1}\)

所以我们令 \(b_i = a_{i} - a_{i-1}\)\(b_1 = (a_1 - a_n)\bmod m\)),设串 \(s_1 = b_nb_{n-1}b_{n-2}\cdots b_1, s_2 = b_1b_2b_3\cdots b_n\),我们要找的是 \(s_1\)\(s_2\) 成环后相等,并找到一对匹配的数,他们加起来模 \(m\) 即为一组解。我们令 \(s_3 = s_2 + s_2\),找到 \(s_3\) 中所有等于 \(s_1\) 的子串,就得到了所有解,这个问题用KMP或是Z都能解决。

代码

cpp
#include <cstdio>
#include <set>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

typedef long long LL;

const int maxn = 200005;

LL aa[maxn]; // 读入的a
LL bb[maxn]; // 即上面说的b
vector<LL> gou;
int in[maxn << 2];
LL Z[maxn << 2];
set<LL> ans;

int main()
{
    int n;
    LL m;
    scanf("%d%lld", &n, &m);
    for(int i = 1; i <= n; ++i)
        scanf("%lld", &aa[i]);
    bb[1] = ((aa[1] - aa[n]) + m) % m;
    for(int i = 2; i <= n; ++i)
        bb[i] = ((aa[i] - aa[i-1]) % m + m) % m;
    for(int i = n; i; --i) // 这里用的是Z算法,所以合并成了一个串
    {
        gou.push_back(bb[i]);
        in[gou.size() - 1] = i;
    }
    gou.push_back(-1LL);
    for(int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        gou.push_back(bb[i]);
        in[gou.size() - 1] = i;
    }
    for(int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        gou.push_back(bb[i]);
        in[gou.size() - 1] = i;
    }
    Z[0] = gou.size();
    for(int i = 1, j = 1, k; i < (int) gou.size(); i = k) // Z算法
    {
        j = max(j, i);
        while(gou[j] == gou[j - i])
            ++j;
        Z[i] = j - i;
        k = i + 1;
        while(k + Z[k - i] < j)
        {
            Z[k] = Z[k - i];
            ++k;
        }
    }
    for(int i = 1; i < (int) gou.size(); ++i)
        if(Z[i] >= n) // 大力记录答案
            ans.insert((aa[in[i] - 1 ? in[i] - 1 : n] + aa[n]) % m);
    printf("%d\n", (int) ans.size());
    for(auto it = ans.begin(); it != ans.end(); ++it)
        printf("%lld ", *it);
    return 0;
}

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@misc{pu2018cf1045b,
  author = {Pu, Fanyi},
  title  = {CodeForces 1045B Space Isaac},
  year   = {2018},
  month  = {9},
  url    = {https://pufanyi.com/blog/cf1045b}
}