5 - Meteori
Vremensko ograničenje | Memorijsko ograničenje |
---|---|
100ms | 256MB |
U eri brzih i dramatičnih dešavanja u vasioni se desila eksplozija ogromnih razmera. Ona je izazvala pomeranje ogromnog broja meteora. Naučnici pokušavaju da izmodeliraju dešavanja u vasioni. Položaje meteora predstavljaju njihovim koordinatama u ravni. Iako je za očekivati da se meteori kreću u ogromnom broju različitih pravaca, svaki od njih se kreće u jednom od četiri pravca: na gore, na dole, udesno ili ulevo. Svi se kreću konstantnom brzinom od jednog metra po sekundi.
Za objašnjavanje događanja, naučnici su zaključili da im treba konveksni omotač za skup tačaka koje odgovaraju pozicijama meteora po isteku \(10^{1000}\) sekundi od eksplozije. Za to im treba vaša pomoć.
Opisi funkcija
Potrebno je implementirati funkciju
gde je \(N\) - broj meteora, a \(x\), \(y\) i \(d\) nizovi koji opisuju meteore: \(i\)-ti meteor se nalazi na poziciji \((x_i, y_i)\) i, ukoliko je \(d[i]=0\), on se kreće na gore, ukoliko je \(d[i]=1\), on se kreće udesno, ukoliko je \(d[i]=2\), on se kreće na dole, a ukoliko je \(d[i]=3\) on se kreće ulevo. Svi nizovi su indeksirani od 0. Ova funkcija mora da vrati jedan ceo broj – broj temena na konveksnom omotaču skupa tačaka koje predstavljaju pozicije meteora u toj dalekoj budućnosti. One tačke iz tog skupa, koje nisu temena konveksnog omotača, već se nalaze na stranicama poligona se ne računaju.
Primer:
Neka \(N=6\), \(x=[1, 12, 7, 3, 5, 4]\), \(y=[1, 2, 10, 4, 7, 8]\) i \(d=[0, 2,1,2,3,0]\). Ovi podaci označavaju da imamo 6 meteora: prvi je na poziciji 1,1 i ide na gore, drugi je na poziciji (12,2) i ide na dole, treći je na poziciji (7,10) i ide udesno, četvrti na poziciji (3,4) ide na dole, peti na poziciji (5,7) ide ulevo i šesti na pozicji (4,8) ide na gore. Oba meteora koja idu na dole će biti na konveksnom omotaču. Meteor koji kreće sa pozicije (1,1) će biti unutar omotača. Meteori koji idu udesno i ulevo (po jedan) će biti na konveksnom omotaču. Tako je odgovor 5.
Ograničenja
-
\(4≤N≤100.000\)
-
Za svako \(i=[0,N-1]\) važi \(-10^9≤x_i, y_i \leq 10^9\) i \(d[i] \in \{0, 1, 2, 3\}\)
-
Sve koordinate su celi brojevi
Podzadaci i bodovanje
-
PODZADATAK 1 [9 POENA]: \(N≤1.000\).
-
PODZADATAK 2 [24 POENA]: Svi meteori se kreću na gore ili na dole (ali bar po jedan u svakom od ta dva smera) tj. \(d[i]=0\) ili \(d[i]=2\) za svako [i].
-
PODZADATAK 3 [18 POENA]: Koordinate meteora su brojevi između -5000 i 5000.
-
PODZADATAK 4 [49 POENA]: Nema dodatnih ograničenja.
Detalji implementacije
Potrebno je da pošaljete tačno jedan fajl, pod nazivom meteori.c, meteori.cpp ili meteori.pas, koji implementira gore pomenutu funkciju. Osim tražene funkcije, vaš fajl može sadržati i dodatne globalne promenljive, pomoćne funkcije i dodatne biblioteke.
Zavisno od programskog jezika koji koristite, vaša funkcija/procedura mora biti sledećeg oblika:
C/C++
int KonveksniOmotac(int N, int x, int y, int* d);
Pascal
function KonveksniOmotac(N : longint; var x, y, s : array of longint) : longint;
Ukoliko radite u C/C++ -u, potrebno je na početku fajla staviti #include “meteori.h” a ukoliko radite u Pascal -u, potrebno je na početku fajla staviti Unit meteori; (ovo je već dodato u fajlovima koji su vam obezbeđeni).
Testiranje i eksperimentisanje
Uz zadatak, obezbeđeni su vam “template” fajlovi (meteori.c, meteori.cpp, meteori.pas) koje možete koristiti i menjati po potrebi. Takođe su vam obezbeđeni programi (grader.c, grader.cpp, grader.pas) koji služe da lakše testirate kodove. Ovi programi učitavaju sa standardnog ulaza sledeće podatke:
-
U prvom redu broj \(N\)
-
U sledećih \(N\) redova brojeve \(x_i\), \(y_i\), \(d[i]\), redom, razdvojene razmakom
a zatim pozivaju vašu funkciju KonveksniOmotac iz odgovarajućeg fajla (meteori.c, meteori.cpp, meteori.pas) sa učitanim parametrima i na kraju vrednost koju vaša funkcija vraća ispisuju na standardni izlaz. Kodove ovih programa možete menjati po potrebi.
Autor | Tekst i test primeri | Analiza rеšenja | Testiranje |
---|---|---|---|
Nikola Milosavljević | Dragan Urošević | Uroš Kostadinović | Ivan Stošić |
Zadatak rešavamo koristeći neki od poznatih algoritama za konvkesni omotač poput "Graham scan" i "Monotone chain". Problem se javlja kada želimo da izračunamo vektorski proizvod zato što su koordinate reda veličine \(10^{1000}\).
Prvi podzadatak:
Možemo implementirati množenje, sabiranje i oduzimanje velikih brojeva koristeći niske. Primetimo takođe da je dovoljno posmatrati poziciju \(10^{200}\) sekundi nakon eksplozije te će množenje niskih biti dovoljno brzo.
Drugi podzadatak:
U daljem tekstu \(\aleph\) predstavlja \(10^{1000}\). Označimo sa \(U\) skup svih meteora koji idu nagore i sa \(D\) skup svih meteora koji idu nadole. Ako želimo da odredimo da li tačka \(C\) ima desni ili levi zaokret u odnosu na (orijentisanu) duž \(AB\) posle \(\aleph\) sekundi razmotrićemo sledeće slučajeve:
-
\(A,B,C\in U\): U ovom slučaju možemo izračuanti orjentaciju pre eksplozije.
-
\(A,B\in U\) i \(C\in D\): Ako \(A_x=B_x\) onda se prava \(AB\) neće translirati i zbog toga možemo da uporedimo \(C_x\) sa \(A_x\) i \(A_y\) sa \(B_y\). U suprotnom pošto će se prava \(AB\) translirati za \(\aleph\) nagore, tačka \(C\) će biti ispod prave \(AB\) posle eksplozije pa će zbog toga biti desni zaokret ako \(B_x>A_x\), a inače levi.
-
\(A,C\in U\) i \(B\in D\): Koeficijent prave \(AB\) će biti reda \(10^{991}\) i \(A\) i \(C\) se neće pomeriti relativno (ostaju "blizu" jedna drugoj za razliku od tačke \(B\)), \(|A_x-C_x| \leq 2\cdot 10^9\), \(|A_y-C_y| \leq 2\cdot 10^9\) te će zaokret \(C\) u odnusu na \(AB\) biti isti kao i zaokret \(C\) u odnosu na \(AD\) gde je \(D=(A_x,B_y)\).
Svaki od ostalih 5 slučajeva je analogan nekom od prethodnih. Vremenska složenost je \(O(N \log N)\), a memorijska \(O(N)\).
Treći podzadatak:
Dovoljno je na svaku kordinatu dodati odnosno oduzeti \(10^9\) umesto \(10^{1000}\) i naći konveksni omotač za te tačke. Ovo se može dokazati predstavljanjem brojeva kao parova slično kao u glavnom rešenju. Kada računamo vektorski proizvod nikada nećemo množiti neki broj više od jednom. Zbog toga će nam drugi broj u uređenom paru biti maksimalno reda \(O(M^2)\), gde je \(|M| \leq 5000\), što će biti manje od \(10^9\), pa će tad i \(c\)-u određivati znak. Vremenska složenost je \(O(N \log N)\), a memorijska \(O(N)\).
Glavno rešenje:
Svaki broj \(A\) ćemo predstaviti kao uređenu trojku \((a,b,c)\) tako da \(A = a\cdot \aleph ^2 + b \cdot \aleph + c\) i \(|a|,|b|,|c| < \aleph\). Definišimo sabiranje, oduzimanje i množenje dva para na sledeći način: \(\((a,b,c) + (d,e,f) = (a + d, b+e, c+f)\)\)
U kodu \(b\) član u uređenoj trojki \((a,b,c)\) nikad neće preći po apsolutnoj vrednosti \(\aleph\) jer je ono preveliko, kao ni \(a\) . U množenju dve trojke smo zanemarili vrednosti reda većeg od \(\aleph ^2\) jer kada računamo vektorski proizvod nijednu trojku nećemo množiti više od jedamput, a svaka na početku ima \(c = 0\). Svaku tačku posle \(\aleph\) vremena ćemo predstaviti kao uređen par uređenih trojki \(((a,b,c),(d,e,f))\) gde su \(c\) i \(f\) koordinate tačke na početku, \(b\) i \(e\) određeni u odnosu na pravac i smer kretanja meteora, a \(a = c = 0\). Možemo vektorski proizvod dva vektora da računamo koristeći prethodno definisane operacije.
Kada dobijemo \((a,b,c)\) kao rezultat potrebno je da proverimo znak broja \(A = a\cdot \aleph^2 + b\cdot \aleph +c\). Ako \(A\neq 0\) onda znak određuje član u uređenoj trojci s najvećom težinom.
Vremenska složenost je \(O(N \log N)\), a memorijska \(O(N)\).
05_meteori.cpp | |
---|---|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 |
|