Wondering for a better approach to this problem
Difference between en16 and en17, changed 1 character(s)
I come to a fun [problem](https://lqdoj.edu.vn/problem/socialised), and after I tried hard to solve it, I curiously to find better algorithm, but I cant.↵

----------
 

----------↵

### **The problem is:** ↵

There are $N$ buildings with $a_1, a_2, \dots, a_n$ metters height. These days are hard, the heavy raining weather still not ended yet. In day $d$, every building with height $h$ only have $x_d = \lfloor \frac{h}{d} \rfloor$ height left of good space to use, while others are sunk underwater. Every building having the same value $x_d$ on day $d$ will group together (including $x_d = 0$ which sunk completely underwater) in a way that no other building with same value $x_d$ in another group.↵

----------↵

----------↵

### **The question is:**↵

Output $N$ lines, in each size $s$ from $1$ to $n$, what is the earliest day $d$ that have at least one group of size $s$ (if there is no suitable day then output -1)↵

----------↵

----------↵


### **The constraints are:**↵

- Subtaks 1: $n \leq 100~ and ~a_i \leq 2.10^5$↵
- Subtaks 2: $n \leq 300~ and ~a_i \leq 3.10^6$↵
- Subtaks 3: $n \leq 300~ and ~a_i \leq 5.10^7$↵


----------↵

----------↵


### **The examples are:**↵

<spoiler summary="Example 1">↵

**Input:**↵

```css↵
3↵
1 2 5↵
```↵


**Output:**↵

```css↵
1↵
3↵
6↵
```↵

**Explanation:**↵

Day 1: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{1} \rfloor, \lfloor \frac{2}{1} \rfloor, \lfloor \frac{5}{1} \rfloor$ } $=$ { $1, 2, 5$ } &mdash; First group of size 1: Any of {$1$} {$2$} {$5$}↵

Day 2: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{2} \rfloor, \lfloor \frac{2}{2} \rfloor, \lfloor \frac{5}{2} \rfloor$ } $=$ { $0, 1, 2$ } ↵

Day 3: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{3} \rfloor, \lfloor \frac{2}{3} \rfloor, \lfloor \frac{5}{3} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } &mdash; First group of size 2: Only {$1, 2$} ↵

Day 4: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{4} \rfloor, \lfloor \frac{2}{4} \rfloor, \lfloor \frac{5}{4} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } ↵

Day 5: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{5} \rfloor, \lfloor \frac{2}{5} \rfloor, \lfloor \frac{5}{5} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } ↵

Day 6: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{6} \rfloor, \lfloor \frac{2}{6} \rfloor, \lfloor \frac{5}{6} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 0$ } &mdash; First group of size 3: Only {$1, 2, 5$}↵
</spoiler>↵

<spoiler summary="Example 2">↵

**Input:**↵

```css↵
3↵
1 1 5↵
```↵


**Output:**↵

```css↵
1↵
1↵
6↵
```↵

**Explanation:**↵

Day 1: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{1} \rfloor, \lfloor \frac{1}{1} \rfloor, \lfloor \frac{5}{1} \rfloor$ } $=$ { $1, 1, 5$ } &mdash; First group of size 1: Any of {$1$} {$1$} {$5$}↵

Day 2: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{2} \rfloor, \lfloor \frac{1}{2} \rfloor, \lfloor \frac{5}{2} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 2$ } &mdash; First group of size 2: Only {$1, 1$}↵

Day 3: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{3} \rfloor, \lfloor \frac{1}{3} \rfloor, \lfloor \frac{5}{3} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } ↵

Day 4: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{4} \rfloor, \lfloor \frac{1}{4} \rfloor, \lfloor \frac{5}{4} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } ↵

Day 5: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{5} \rfloor, \lfloor \frac{1}{5} \rfloor, \lfloor \frac{5}{5} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 1$ } ↵

Day 6: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{1}{6} \rfloor, \lfloor \frac{1}{6} \rfloor, \lfloor \frac{5}{6} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 0$ } &mdash; First group of size 3: Only {$1, 2, 5$}↵
</spoiler>↵


<spoiler summary="Example 3">↵

**Input:**↵

```css↵
3↵
2 2 2↵
```↵


**Output:**↵

```css↵
-1↵
-1↵
2↵
```↵

**Explanation:**↵

Day 1: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{2}{1} \rfloor, \lfloor \frac{2}{1} \rfloor, \lfloor \frac{2}{1} \rfloor$ } $=$ { $2, 2, 2$ } &mdash; First group of size 3: Only {$2, 2, 2$}↵

Day 2: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{2}{2} \rfloor, \lfloor \frac{2}{2} \rfloor, \lfloor \frac{2}{2} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 0$ }↵

Day 3: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{2}{3} \rfloor, \lfloor \frac{2}{3} \rfloor, \lfloor \frac{2}{3} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 0$ }↵

Day 3 $\leq k \rightarrow \infty$: $x[d] = $ { $ \lfloor \frac{2}{k} \rfloor, \lfloor \frac{2}{k} \rfloor, \lfloor \frac{2}{k} \rfloor$ } $=$ { $0, 0, 0$ } &mdash; There are no group of size 1 and 2↵
</spoiler>↵

-----------↵

-----------↵

### **My approach to this problem:**↵

<spoiler summary="Observation: Harmonic Sequence">↵

We consider this Harmonic Sequence: $S = $ {$\lfloor \frac{n}{x} \rfloor\ |\ x = 1\dots n$} = {$ \lfloor \frac{n}{1} \rfloor, \lfloor \frac{n}{2} \rfloor, \lfloor \frac{n}{3} \rfloor, \dots , \lfloor \frac{n}{n - 1} \rfloor , \lfloor \frac{n}{n} \rfloor$}↵

And lets $L$ is Unique Harmonic Sequence. $L = $ {$x\ |\ x \in S$} or/and ($\forall (i \neq j) \in L \rightarrow L_i \neq L_j$) (I will use the set $L$ beneath)↵

Then the number of unique element in array is atmost $2 \sqrt{N}$. Hence $|L| \leq 2 \sqrt{N}$↵
</spoiler>↵

<spoiler summary="Subtask 1: A[i] <= 2 * 10^5">↵

Since day $k > max(a[i])$ will make all array always being as $x[k] =$ {$0, 0, \dots, 0$}, we only need to check for each value $k \in [1, d]$. Then we can calculate how many group of size $s$ in day $k$. My approach is to increase the value $f[\lfloor \frac{a_i}{k} \rfloor] = s$ means in day $\lfloor \frac{a_i}{k} \rfloor$ have group of size $s$, then minimize the first day we have the group of size $s$↵


This approach is $O(n \times max(a_i))$↵

```cpp↵
int main()↵
{↵
    int n;↵
    cin >> n;↵

    vector<int> a(n);↵
    for (int &x : a) cin >> x;↵
    int k = *max_element(all(a)) + 1;↵

    vector<int> f(k + 1, 0);↵
    vector<int> q(n + 1, +INF);↵
    for (int x = 1; x <= k; ++x) /// Checking possible dividing value↵
    {↵
        for (int t : a) ++f[t / x];               /// Calculating value f[] for each day [t / x]↵
        for (int t : a) minimize(q[f[t / x]], x); /// Minimize first day have group of size k↵
        for (int t : a) --f[t / x];               /// Reset the array↵
    }↵

    for (int i = 1; i <= n; ++i)↵
        cout << (q[i] == +INF ? -1 : q[i]) << '\n';↵
    ↵
    return 0;↵
}↵
```↵
</spoiler>↵



<spoiler summary="Subtask 2: A[i] <= 3 * 10^6">↵

Lets $setL$ be a set of good potential $k$ for dividing. Since there are some $k$ that having group of size $s$ but never will be good enough to be the smallest day. That is for each $a_i$, we find all $k$ that have smallest day $d$ that might appear a group of size $\lfloor \frac{a_i}{k} \rfloor$ and insert into $setL$. ↵

The upper bound complexity is $O(n\ \times k\ log(k))$ where $k = |setL| = O(n \times \sqrt{max(a_i)})$ but since $a_i$ is small, and the bigger $n$ is, the more number of duplicate values will all be eliminated by using $set<>$. It would reduce both complexity and constant factor significantly.↵

```cpp↵
int main()↵
{↵
    int n;↵
    cin >> n;↵

    set<int> setL;↵
    vector<int> a(n);↵
    for (int &x : a)↵
    {↵
        cin >> x;↵

        int sqrtx = sqrt(x);↵
        for (int t = 1; t <= sqrt(x); ++t)↵
        {↵
            setL.insert(x / t + 1);↵
            setL.insert(t + 1);↵
        }↵
        setL.insert(x + 1);↵
        setL.insert(1);↵
    }↵

    vector<int> res(n + 1, +INF);↵
    for (int x : setL)↵
    {↵
        map<int, int> F;↵
        for (int t : a) ++F[t / x];                 /// Calculating value f[] for each day [t / x]↵
        for (int t : a) minimize(res[F[t / x]], x); /// Minimize first day have group of size k↵
    }↵

    for (int g = 1; g <= n; ++g) cout << (res[g] == +INF ? -1 : res[g]) << '\n';↵
    return 0;↵
}↵
```↵
</spoiler>↵

<spoiler summary="Subtask 3: A[i] <= 5 * 10^7">↵

With $T = \sqrt{max(a_i)}$ then all such $k \leq T$ are potential. We only care for such $k > T$ which we can use branch and bound to reduce constant matter.↵

By using map, we can calculate faster by ignoring duplicates. Iterating through map reducing the $O(log)$ factor each query. ↵

Since we solve each potential $k$ from large to smaller, the value $cur$ will be from small to larger, so we dont have to use $min(a, b)$ function, and only update for each $res[x]$ once. We exit when all $N$ query are found or we tried all potential $k$↵

Hence, the complexity is $O(n\ log\ n + n \times (k + \sqrt{max(a_i)}) + k\ log\ k)$ where $k = |setL|$↵

```cpp↵
int n;↵
int cnt = 0;↵
vector<int> a;↵
map<int, int> b;↵
map<int, int>::iterator it;↵
vector<int> res;↵

void out()↵
{↵
    for (int i = 1; i <= n; ++i) cout << (res[i] == +INF ? -1 : res[i]) << '\n';↵
    exit(0);↵
}↵
void solve(int x)↵
{↵
    int sum = 0, val = -1;↵
    for (it = b.begin(); it != b.end(); ++it)↵
    {↵
        int cur = it->first / x;↵
        if (cur != val)↵
        {↵
            val = cur;↵
            if (sum && res[sum] == +INF) { res[sum] = x; if (++cnt == n) out(); }↵
            sum = 0;↵
        }↵
        sum += it->second;↵
    }↵
    if (sum && res[sum] == +INF) { res[sum] = x; if (++cnt == n) out(); }↵
}↵

int main()↵
{↵
    cin >> n;↵
    a.resize(n);↵
    for (int &x : a)↵
    {↵
        cin >> x;↵
        ++b[x];↵
    }↵

    ↵
    res.assign(n + 1, +INF);↵
    int k = ceil(sqrt(*max_element(all(a))));↵
    for (int x = 1; x <= k; ++x) solve(x);↵

    if (k > 1)↵
    {↵
        set<int> setL;↵
        for (it = b.begin(); it != b.end(); ++it)↵
        {↵
            int x = it->first;↵
            int lim = min(k, x / (k - 1));↵
            for (int t = 1; t <= lim; ++t)↵
            {↵
                int v = x / t + 1;↵
                setL.insert(v);↵
            }↵
        }↵
        for (int x : setL) solve(x);↵
    }↵
    out();↵
    return 0;↵
}↵
```↵
</spoiler>↵


------------------↵

------------------↵

### My question↵

- Is there a better algorithm for larger $N$ ? (upto $10^4, 10^6$)↵

- Is there a better algorithm for larger $a_i$ ? (upto $10^{12}, 10^{16}, 10^{18}$)↵

- Can I use combinatorics or euclidian algorithm for this problem ?

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
en17 English SPyofgame 2020-11-28 11:53:17 1 Tiny change: '----------\n\n------' -> '---------- \n\n------'
en16 English SPyofgame 2020-11-28 11:52:43 587
en15 English SPyofgame 2020-11-23 08:27:18 1 Tiny change: 'nificantly\n\n```cpp' -> 'nificantly.\n\n```cpp'
en14 English SPyofgame 2020-11-12 20:11:18 4
en13 English SPyofgame 2020-11-10 17:15:42 71
en12 English SPyofgame 2020-11-10 10:12:24 28 Tiny change: ' cant.\n\n### **' -> ' cant.\n\n----------\n\n----------\n\n### **'
en11 English SPyofgame 2020-11-09 18:34:14 43
en10 English SPyofgame 2020-11-09 18:33:31 106
en9 English SPyofgame 2020-11-09 18:23:14 222
en8 English SPyofgame 2020-11-08 20:55:42 2 Tiny change: '$a_i \leq 3 * 10^7$\n' -> '$a_i \leq 5 * 10^7$\n'
en7 English SPyofgame 2020-11-08 20:43:41 6 Tiny change: '$a_i \leq 10^9$\n\n\n---' -> '$a_i \leq 3 * 10^7$\n\n\n---'
en6 English SPyofgame 2020-11-08 20:13:13 249
en5 English SPyofgame 2020-11-08 20:10:58 923 Tiny change: 'ty is $O(n log n \times ' -> 'ty is $O(n\ log\ n + n \times ' (published)
en4 English SPyofgame 2020-11-08 19:44:15 4420
en3 English SPyofgame 2020-11-08 18:42:32 3161 Tiny change: ': $x[d] = {\lfloor \' -> ': $x[d] = \{\lfloor \'
en2 English SPyofgame 2020-11-02 19:58:26 186
en1 English SPyofgame 2020-10-28 15:51:50 865 Initial revision (saved to drafts)