Interogări LCM
Având în vedere o matrice arr[] de numere întregi de dimensiunea N și o matrice de interogări Q interogare[] unde fiecare interogare este de tip [L R] care denotă intervalul de la indicele L la indicele R, sarcina este de a găsi LCM-ul tuturor numerelor intervalului pentru toate interogările.
Exemple:
Intrare: arr[] = {5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44}
interogare[] = {{2 5} {5 10} {0 10}}
Ieșire: 6015708 78540
Explicaţie: În prima interogare LCM(5 2 10 12) = 60
În a doua interogare LCM(12 11 17 14 1 44) = 15708
În ultima interogare LCM(5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44) = 78540Intrare: arr[] = {2 4 8 16} interogare[] = {{2 3} {0 1}}
Ieșire: 16 4
Abordare naivă: Abordarea se bazează pe următoarea idee matematică:
Matematic LCM(l r) = LCM(arr[l] arr[l+1] . . . arr[r-1] arr[r]) și
LCM(a b) = (a*b) / GCD(ab)
Prin urmare, parcurgeți matricea pentru fiecare interogare și calculați răspunsul folosind formula de mai sus pentru LCM.
Complexitatea timpului: O(N * Q)
Spațiu auxiliar: O(1)
Interogări RangeLCM folosind Arborele segmentului :
Deoarece numărul de interogări poate fi mare, soluția naivă ar fi impracticabilă. Acest timp poate fi redus
Nu există nicio operațiune de actualizare în această problemă. Deci, putem construi inițial un arbore de segment și să-l folosim pentru a răspunde la interogări în timp logaritmic.
Fiecare nod din arbore ar trebui să stocheze valoarea LCM pentru acel segment special și putem folosi aceeași formulă ca mai sus pentru a combina segmentele.
Urmați pașii menționați mai jos pentru a implementa ideea:
- Construiți un arbore de segment din matricea dată.
- Parcurgeți interogările. Pentru fiecare interogare:
- Găsiți intervalul respectiv în arborele de segmente.
- Utilizați formula menționată mai sus pentru a combina segmentele și a calcula LCM pentru intervalul respectiv.
- Tipăriți răspunsul pentru acel segment.
Mai jos este implementarea abordării de mai sus.
C++ // LCM of given range queries using Segment Tree #include using namespace std ; #define MAX 1000 // allocate space for tree int tree [ 4 * MAX ]; // declaring the array globally int arr [ MAX ]; // Function to return gcd of a and b int gcd ( int a int b ) { if ( a == 0 ) return b ; return gcd ( b % a a ); } // utility function to find lcm int lcm ( int a int b ) { return a * b / gcd ( a b ); } // Function to build the segment tree // Node starts beginning index of current subtree. // start and end are indexes in arr[] which is global void build ( int node int start int end ) { // If there is only one element in current subarray if ( start == end ) { tree [ node ] = arr [ start ]; return ; } int mid = ( start + end ) / 2 ; // build left and right segments build ( 2 * node start mid ); build ( 2 * node + 1 mid + 1 end ); // build the parent int left_lcm = tree [ 2 * node ]; int right_lcm = tree [ 2 * node + 1 ]; tree [ node ] = lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Function to make queries for array range )l r). // Node is index of root of current segment in segment // tree (Note that indexes in segment tree begin with 1 // for simplicity). // start and end are indexes of subarray covered by root // of current segment. int query ( int node int start int end int l int r ) { // Completely outside the segment returning // 1 will not affect the lcm; if ( end < l || start > r ) return 1 ; // completely inside the segment if ( l <= start && r >= end ) return tree [ node ]; // partially inside int mid = ( start + end ) / 2 ; int left_lcm = query ( 2 * node start mid l r ); int right_lcm = query ( 2 * node + 1 mid + 1 end l r ); return lcm ( left_lcm right_lcm ); } // driver function to check the above program int main () { // initialize the array arr [ 0 ] = 5 ; arr [ 1 ] = 7 ; arr [ 2 ] = 5 ; arr [ 3 ] = 2 ; arr [ 4 ] = 10 ; arr [ 5 ] = 12 ; arr [ 6 ] = 11 ; arr [ 7 ] = 17 ; arr [ 8 ] = 14 ; arr [ 9 ] = 1 ; arr [ 10 ] = 44 ; // build the segment tree build ( 1 0 10 ); // Now we can answer each query efficiently // Print LCM of (2 5) cout < < query ( 1 0 10 2 5 ) < < endl ; // Print LCM of (5 10) cout < < query ( 1 0 10 5 10 ) < < endl ; // Print LCM of (0 10) cout < < query ( 1 0 10 0 10 ) < < endl ; return 0 ; }
Java // LCM of given range queries // using Segment Tree class GFG { static final int MAX = 1000 ; // allocate space for tree static int tree [] = new int [ 4 * MAX ] ; // declaring the array globally static int arr [] = new int [ MAX ] ; // Function to return gcd of a and b static int gcd ( int a int b ) { if ( a == 0 ) { return b ; } return gcd ( b % a a ); } // utility function to find lcm static int lcm ( int a int b ) { return a * b / gcd ( a b ); } // Function to build the segment tree // Node starts beginning index // of current subtree. start and end // are indexes in arr[] which is global static void build ( int node int start int end ) { // If there is only one element // in current subarray if ( start == end ) { tree [ node ] = arr [ start ] ; return ; } int mid = ( start + end ) / 2 ; // build left and right segments build ( 2 * node start mid ); build ( 2 * node + 1 mid + 1 end ); // build the parent int left_lcm = tree [ 2 * node ] ; int right_lcm = tree [ 2 * node + 1 ] ; tree [ node ] = lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Function to make queries for // array range )l r). Node is index // of root of current segment in segment // tree (Note that indexes in segment // tree begin with 1 for simplicity). // start and end are indexes of subarray // covered by root of current segment. static int query ( int node int start int end int l int r ) { // Completely outside the segment returning // 1 will not affect the lcm; if ( end < l || start > r ) { return 1 ; } // completely inside the segment if ( l <= start && r >= end ) { return tree [ node ] ; } // partially inside int mid = ( start + end ) / 2 ; int left_lcm = query ( 2 * node start mid l r ); int right_lcm = query ( 2 * node + 1 mid + 1 end l r ); return lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Driver code public static void main ( String [] args ) { // initialize the array arr [ 0 ] = 5 ; arr [ 1 ] = 7 ; arr [ 2 ] = 5 ; arr [ 3 ] = 2 ; arr [ 4 ] = 10 ; arr [ 5 ] = 12 ; arr [ 6 ] = 11 ; arr [ 7 ] = 17 ; arr [ 8 ] = 14 ; arr [ 9 ] = 1 ; arr [ 10 ] = 44 ; // build the segment tree build ( 1 0 10 ); // Now we can answer each query efficiently // Print LCM of (2 5) System . out . println ( query ( 1 0 10 2 5 )); // Print LCM of (5 10) System . out . println ( query ( 1 0 10 5 10 )); // Print LCM of (0 10) System . out . println ( query ( 1 0 10 0 10 )); } } // This code is contributed by 29AjayKumar
Python # LCM of given range queries using Segment Tree MAX = 1000 # allocate space for tree tree = [ 0 ] * ( 4 * MAX ) # declaring the array globally arr = [ 0 ] * MAX # Function to return gcd of a and b def gcd ( a : int b : int ): if a == 0 : return b return gcd ( b % a a ) # utility function to find lcm def lcm ( a : int b : int ): return ( a * b ) // gcd ( a b ) # Function to build the segment tree # Node starts beginning index of current subtree. # start and end are indexes in arr[] which is global def build ( node : int start : int end : int ): # If there is only one element # in current subarray if start == end : tree [ node ] = arr [ start ] return mid = ( start + end ) // 2 # build left and right segments build ( 2 * node start mid ) build ( 2 * node + 1 mid + 1 end ) # build the parent left_lcm = tree [ 2 * node ] right_lcm = tree [ 2 * node + 1 ] tree [ node ] = lcm ( left_lcm right_lcm ) # Function to make queries for array range )l r). # Node is index of root of current segment in segment # tree (Note that indexes in segment tree begin with 1 # for simplicity). # start and end are indexes of subarray covered by root # of current segment. def query ( node : int start : int end : int l : int r : int ): # Completely outside the segment # returning 1 will not affect the lcm; if end < l or start > r : return 1 # completely inside the segment if l <= start and r >= end : return tree [ node ] # partially inside mid = ( start + end ) // 2 left_lcm = query ( 2 * node start mid l r ) right_lcm = query ( 2 * node + 1 mid + 1 end l r ) return lcm ( left_lcm right_lcm ) # Driver Code if __name__ == '__main__' : # initialize the array arr [ 0 ] = 5 arr [ 1 ] = 7 arr [ 2 ] = 5 arr [ 3 ] = 2 arr [ 4 ] = 10 arr [ 5 ] = 12 arr [ 6 ] = 11 arr [ 7 ] = 17 arr [ 8 ] = 14 arr [ 9 ] = 1 arr [ 10 ] = 44 # build the segment tree build ( 1 0 10 ) # Now we can answer each query efficiently # Print LCM of (2 5) print ( query ( 1 0 10 2 5 )) # Print LCM of (5 10) print ( query ( 1 0 10 5 10 )) # Print LCM of (0 10) print ( query ( 1 0 10 0 10 )) # This code is contributed by # sanjeev2552
C# // LCM of given range queries // using Segment Tree using System ; using System.Collections.Generic ; class GFG { static readonly int MAX = 1000 ; // allocate space for tree static int [] tree = new int [ 4 * MAX ]; // declaring the array globally static int [] arr = new int [ MAX ]; // Function to return gcd of a and b static int gcd ( int a int b ) { if ( a == 0 ) { return b ; } return gcd ( b % a a ); } // utility function to find lcm static int lcm ( int a int b ) { return a * b / gcd ( a b ); } // Function to build the segment tree // Node starts beginning index // of current subtree. start and end // are indexes in []arr which is global static void build ( int node int start int end ) { // If there is only one element // in current subarray if ( start == end ) { tree [ node ] = arr [ start ]; return ; } int mid = ( start + end ) / 2 ; // build left and right segments build ( 2 * node start mid ); build ( 2 * node + 1 mid + 1 end ); // build the parent int left_lcm = tree [ 2 * node ]; int right_lcm = tree [ 2 * node + 1 ]; tree [ node ] = lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Function to make queries for // array range )l r). Node is index // of root of current segment in segment // tree (Note that indexes in segment // tree begin with 1 for simplicity). // start and end are indexes of subarray // covered by root of current segment. static int query ( int node int start int end int l int r ) { // Completely outside the segment // returning 1 will not affect the lcm; if ( end < l || start > r ) { return 1 ; } // completely inside the segment if ( l <= start && r >= end ) { return tree [ node ]; } // partially inside int mid = ( start + end ) / 2 ; int left_lcm = query ( 2 * node start mid l r ); int right_lcm = query ( 2 * node + 1 mid + 1 end l r ); return lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Driver code public static void Main ( String [] args ) { // initialize the array arr [ 0 ] = 5 ; arr [ 1 ] = 7 ; arr [ 2 ] = 5 ; arr [ 3 ] = 2 ; arr [ 4 ] = 10 ; arr [ 5 ] = 12 ; arr [ 6 ] = 11 ; arr [ 7 ] = 17 ; arr [ 8 ] = 14 ; arr [ 9 ] = 1 ; arr [ 10 ] = 44 ; // build the segment tree build ( 1 0 10 ); // Now we can answer each query efficiently // Print LCM of (2 5) Console . WriteLine ( query ( 1 0 10 2 5 )); // Print LCM of (5 10) Console . WriteLine ( query ( 1 0 10 5 10 )); // Print LCM of (0 10) Console . WriteLine ( query ( 1 0 10 0 10 )); } } // This code is contributed by Rajput-Ji
JavaScript < script > // LCM of given range queries using Segment Tree const MAX = 1000 // allocate space for tree var tree = new Array ( 4 * MAX ); // declaring the array globally var arr = new Array ( MAX ); // Function to return gcd of a and b function gcd ( a b ) { if ( a == 0 ) return b ; return gcd ( b % a a ); } //utility function to find lcm function lcm ( a b ) { return Math . floor ( a * b / gcd ( a b )); } // Function to build the segment tree // Node starts beginning index of current subtree. // start and end are indexes in arr[] which is global function build ( node start end ) { // If there is only one element in current subarray if ( start == end ) { tree [ node ] = arr [ start ]; return ; } let mid = Math . floor (( start + end ) / 2 ); // build left and right segments build ( 2 * node start mid ); build ( 2 * node + 1 mid + 1 end ); // build the parent let left_lcm = tree [ 2 * node ]; let right_lcm = tree [ 2 * node + 1 ]; tree [ node ] = lcm ( left_lcm right_lcm ); } // Function to make queries for array range )l r). // Node is index of root of current segment in segment // tree (Note that indexes in segment tree begin with 1 // for simplicity). // start and end are indexes of subarray covered by root // of current segment. function query ( node start end l r ) { // Completely outside the segment returning // 1 will not affect the lcm; if ( end < l || start > r ) return 1 ; // completely inside the segment if ( l <= start && r >= end ) return tree [ node ]; // partially inside let mid = Math . floor (( start + end ) / 2 ); let left_lcm = query ( 2 * node start mid l r ); let right_lcm = query ( 2 * node + 1 mid + 1 end l r ); return lcm ( left_lcm right_lcm ); } //driver function to check the above program //initialize the array arr [ 0 ] = 5 ; arr [ 1 ] = 7 ; arr [ 2 ] = 5 ; arr [ 3 ] = 2 ; arr [ 4 ] = 10 ; arr [ 5 ] = 12 ; arr [ 6 ] = 11 ; arr [ 7 ] = 17 ; arr [ 8 ] = 14 ; arr [ 9 ] = 1 ; arr [ 10 ] = 44 ; // build the segment tree build ( 1 0 10 ); // Now we can answer each query efficiently // Print LCM of (2 5) document . write ( query ( 1 0 10 2 5 ) + '
' ); // Print LCM of (5 10) document . write ( query ( 1 0 10 5 10 ) + '
' ); // Print LCM of (0 10) document . write ( query ( 1 0 10 0 10 ) + '
' ); // This code is contributed by Manoj. < /script>
Ieșire
60 15708 78540
Complexitatea timpului: O(Log N * Log n) unde N este numărul de elemente din matrice. Celălalt log n indică timpul necesar pentru găsirea LCM. Acest timp complexitatea este pentru fiecare interogare. Complexitatea totală a timpului este O(N + Q*Log N*log n) aceasta deoarece este necesar timp O(N) pentru a construi arborele și apoi pentru a răspunde la întrebări.
Spațiu auxiliar: O(N) unde N este numărul de elemente din matrice. Acest spațiu este necesar pentru stocarea arborelui de segmente.
Subiect înrudit: Arborele de segmente
Abordarea #2: Folosirea matematicii
Mai întâi definim o funcție helper lcm() pentru a calcula cel mai mic multiplu comun al două numere. Apoi, pentru fiecare interogare, iterăm prin subbarra de arr definită de intervalul de interogare și calculăm LCM folosind funcția lcm(). Valoarea LCM este stocată într-o listă care este returnată ca rezultat final.
Arborele de segmente
Abordarea #2: Folosirea matematicii
Algoritm
Arborele de segmente
Abordarea #2: Folosirea matematicii
1. Definiți o funcție auxiliară lcm(a b) pentru a calcula cel mai mic multiplu comun al două numere.
2. Definiți o funcție range_lcm_queries(arr queries) care ia ca intrare o matrice arr și o listă de interogări de interogări.
3. Creați o listă de rezultate goală pentru a stoca valorile LCM pentru fiecare interogare.
4. Pentru fiecare interogare din interogări extrageți indicii stânga și dreapta l și r.
5. Setați lcm_val la valoarea lui arr[l].
6. Pentru fiecare index i din intervalul l+1 până la r, actualizați lcm_val pentru a fi LCM pentru lcm_val și arr[i] folosind funcția lcm().
7. Adăugați lcm_val la lista de rezultate.
8. Întoarceți lista de rezultate.
Abordarea #2: Folosirea matematicii
C++ Java #include
Python /*package whatever //do not write package name here */ import java.util.ArrayList ; import java.util.List ; public class GFG { public static int gcd ( int a int b ) { if ( b == 0 ) return a ; return gcd ( b a % b ); } public static int lcm ( int a int b ) { return a * b / gcd ( a b ); } public static List < Integer > rangeLcmQueries ( List < Integer > arr List < int []> queries ) { List < Integer > results = new ArrayList <> (); for ( int [] query : queries ) { int l = query [ 0 ] ; int r = query [ 1 ] ; int lcmVal = arr . get ( l ); for ( int i = l + 1 ; i <= r ; i ++ ) { lcmVal = lcm ( lcmVal arr . get ( i )); } results . add ( lcmVal ); } return results ; } public static void main ( String [] args ) { List < Integer > arr = List . of ( 5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44 ); List < int []> queries = List . of ( new int [] { 2 5 } new int [] { 5 10 } new int [] { 0 10 }); List < Integer > results = rangeLcmQueries ( arr queries ); for ( int result : results ) { System . out . print ( result + ' ' ); } System . out . println (); } }
C# from math import gcd def lcm ( a b ): return a * b // gcd ( a b ) def range_lcm_queries ( arr queries ): results = [] for query in queries : l r = query lcm_val = arr [ l ] for i in range ( l + 1 r + 1 ): lcm_val = lcm ( lcm_val arr [ i ]) results . append ( lcm_val ) return results # example usage arr = [ 5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44 ] queries = [( 2 5 ) ( 5 10 ) ( 0 10 )] print ( range_lcm_queries ( arr queries )) # output: [60 15708 78540]
JavaScript using System ; using System.Collections.Generic ; class GFG { // Function to calculate the greatest common divisor (GCD) // using Euclidean algorithm static int GCD ( int a int b ) { if ( b == 0 ) return a ; return GCD ( b a % b ); } // Function to calculate the least common multiple (LCM) // using GCD static int LCM ( int a int b ) { return a * b / GCD ( a b ); } static List < int > RangeLcmQueries ( List < int > arr List < Tuple < int int >> queries ) { List < int > results = new List < int > (); foreach ( var query in queries ) { int l = query . Item1 ; int r = query . Item2 ; int lcmVal = arr [ l ]; for ( int i = l + 1 ; i <= r ; i ++ ) { lcmVal = LCM ( lcmVal arr [ i ]); } results . Add ( lcmVal ); } return results ; } static void Main () { List < int > arr = new List < int > { 5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44 }; List < Tuple < int int >> queries = new List < Tuple < int int >> { Tuple . Create ( 2 5 ) Tuple . Create ( 5 10 ) Tuple . Create ( 0 10 ) }; List < int > results = RangeLcmQueries ( arr queries ); foreach ( var result in results ) { Console . Write ( result + ' ' ); } Console . WriteLine (); } }
// JavaScript Program for the above approach // function to find out gcd function gcd ( a b ) { if ( b === 0 ) { return a ; } return gcd ( b a % b ); } // function to find out lcm function lcm ( a b ) { return ( a * b ) / gcd ( a b ); } function rangeLcmQueries ( arr queries ) { const results = []; for ( const query of queries ) { const l = query [ 0 ]; const r = query [ 1 ]; let lcmVal = arr [ l ]; for ( let i = l + 1 ; i <= r ; i ++ ) { lcmVal = lcm ( lcmVal arr [ i ]); } results . push ( lcmVal ); } return results ; } // Driver code to test above function const arr = [ 5 7 5 2 10 12 11 17 14 1 44 ]; const queries = [[ 2 5 ] [ 5 10 ] [ 0 10 ]]; const results = rangeLcmQueries ( arr queries ); for ( const result of results ) { console . log ( result + ' ' ); } console . log (); // THIS CODE IS CONTRIBUTED BY PIYUSH AGARWAL
Ieșire
[60 15708 78540]
Complexitatea timpului: O(log(min(ab))). Pentru fiecare interval de interogare, iterăm printr-o subserie de dimensiune O(n) unde n este lungimea arr. Prin urmare, complexitatea de timp a funcției generale este O(qn log(min(a_i))) unde q este numărul de interogări și a_i este elementul i al lui arr.
Complexitatea spațiului: O(1) deoarece stocăm doar câteva numere întregi odată. Spațiul folosit de arr de intrare și de interogări nu este luat în considerare.
