[Algorithm] C++/Python 백준 3653번 : 영화 수집
상근이는 영화 DVD를 수집하는 열성적인 수집가이다. 그는 자신의 DVD 콜렉션을 탑처럼 쌓아 보관한다. 영화를 보고 싶을 때마다 DVD의 위치를 찾아서, 쌓여 있는 콜렉션이 무너지지 않도록 조심스럽게 해당 DVD를 꺼낸다. 영화를 다 본 후에는 그 DVD를 가장 위에 놓는다.
하지만 상근이가 보유한 DVD의 수가 너무 많아, 원하는 DVD를 찾는 데 시간이 오래 걸린다. 각 DVD의 위치를 쉽게 찾기 위해, 찾으려는 DVD 위에 몇 개의 DVD가 있는지만 알면 된다. 각 DVD는 표지에 붙어 있는 번호로 구별할 수 있다.
이때, 각 DVD의 위치를 기록하는 프로그램을 작성하고자 한다. 상근이가 영화를 한 편 볼 때마다 그 DVD 위에 몇 개의 DVD가 있었는지를 출력해야 한다. 또한, 상근이는 매번 영화를 볼 때마다 본 DVD를 가장 위에 놓는다.
프로그램은 여러 테스트 케이스를 처리해야 하며, 각 테스트 케이스마다 상근이가 가지고 있는 영화의 수 $n$과 보려고 하는 영화의 수 \(m\)이 주어진다. 이어서 \(m\)개의 영화 번호가 순서대로 주어진다. 가장 처음에는 영화들이 1번부터 \(n\)번까지 번호 순서대로 쌓여 있으며, 가장 위에 있는 영화의 번호는 1번이다.
각각의 영화에 대해, 그 영화를 볼 때 해당 DVD 위에 몇 개의 DVD가 있었는지를 구해야 한다.
문제 : https://www.acmicpc.net/problem/3653
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접근 방식
이 문제는 DVD 콜렉션을 스택으로 관리하면서, 각 DVD의 위치 변화를 효율적으로 추적해야 한다. 각 DVD에 대해 그 위에 몇 개의 DVD가 있는지를 빠르게 계산해야 하므로, 매번 선형 탐색을 하면 시간 초과가 발생한다.
이를 해결하기 위해 Fenwick Tree(이진 인덱스 트리)를 사용한다. Fenwick Tree는 배열의 부분 합을 효율적으로 계산하고 업데이트할 수 있는 자료 구조로, \(O(\log N)\)의 시간 복잡도로 쿼리와 업데이트를 수행할 수 있다.
DVD의 위치를 Fenwick Tree의 인덱스로 매핑하고, 각 위치에 DVD가 있는지를 표시한다. DVD를 가장 위로 옮길 때마다 해당 DVD의 위치를 업데이트하고, 그 위에 몇 개의 DVD가 있는지를 계산하기 위해 현재 위치보다 작은 인덱스의 합을 구한다.
C++ 코드와 설명
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#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// Fenwick Tree 클래스 정의
class FenwickTree {
vector<int> tree;
int size;
public:
// 생성자: 트리 크기를 설정하고 0으로 초기화
FenwickTree(int n) : size(n) {
tree.resize(n + 1, 0);
}
// 특정 인덱스에 val을 더함 (업데이트)
void update(int idx, int val) {
while (idx <= size) {
tree[idx] += val;
idx += idx & -idx;
}
}
// 1부터 idx까지의 합을 구함 (쿼리)
int query(int idx) {
int res = 0;
while (idx > 0) {
res += tree[idx];
idx -= idx & -idx;
}
return res;
}
};
int main() {
ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr);
int T; // 테스트 케이스 수
cin >> T;
while (T--) {
int n, m; // 영화의 수 n, 보려고 하는 영화의 수 m
cin >> n >> m;
FenwickTree fenwick(n + m); // Fenwick Tree 초기화
vector<int> pos(n + 1); // 각 영화의 위치 저장
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
pos[i] = m + i; // 초기 위치 설정 (m + i)
fenwick.update(pos[i], 1); // 위치에 1을 더함 (영화 존재 표시)
}
int top = m; // 가장 위의 위치를 나타내는 변수
for (int i = 0; i < m; ++i) {
int movie;
cin >> movie; // 보고 싶은 영화 번호 입력
int idx = pos[movie]; // 현재 영화의 위치
// 해당 영화 위에 있는 DVD의 개수 계산
int res = fenwick.query(idx - 1);
cout << res << ' ';
fenwick.update(idx, -1); // 기존 위치에서 영화 제거
pos[movie] = top--; // 영화를 가장 위로 이동
fenwick.update(pos[movie], 1); // 새로운 위치에 영화 추가
}
cout << '\n';
}
return 0;
}
코드 설명
-
Fenwick Tree 클래스 정의: 배열의 부분 합을 빠르게 계산하기 위해 Fenwick Tree를 사용한다.
-
입력 처리: 테스트 케이스 수
T를 입력받고, 각 테스트 케이스마다n과m을 입력받는다. - 초기화:
- 각 영화의 초기 위치를
pos[i] = m + i로 설정한다. 이는 새로운 영화가 쌓일 공간(m개)을 고려하여 기존 영화의 위치를 설정한 것이다. - Fenwick Tree에 해당 위치에 영화가 있음을 표시하기 위해
update함수를 호출하여 1을 더한다.
- 각 영화의 초기 위치를
- 영화 시청 및 위치 업데이트:
- 각 요청된 영화 번호를 입력받는다.
- 해당 영화의 현재 위치
idx를 가져온다. - Fenwick Tree의
query함수를 사용하여idx - 1위치까지의 합을 구한다. 이는 해당 영화 위에 있는 DVD의 수를 의미한다. - 결과를 출력한다.
- 현재 위치에서 해당 영화를 제거하기 위해
update(idx, -1)을 호출한다. - 영화를 가장 위로 이동시키기 위해
pos[movie] = top--으로 위치를 갱신하고, Fenwick Tree에update(pos[movie], 1)로 새로운 위치에 영화를 추가한다.
C++ without library 코드와 설명
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXN 200005
int tree[MAXN];
int size;
void update(int idx, int val) {
while (idx <= size) {
tree[idx] += val;
idx += idx & -idx;
}
}
int query(int idx) {
int res = 0;
while (idx > 0) {
res += tree[idx];
idx -= idx & -idx;
}
return res;
}
int pos[100005];
int main() {
int T;
scanf("%d", &T);
while (T--) {
int n, m;
scanf("%d %d", &n, &m);
size = n + m;
// 트리 초기화
for (int i = 1; i <= size; ++i) tree[i] = 0;
// 위치 초기화
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
pos[i] = m + i;
update(pos[i], 1);
}
int top = m;
for (int i = 0; i < m; ++i) {
int movie;
scanf("%d", &movie);
int idx = pos[movie];
int res = query(idx - 1);
printf("%d ", res);
update(idx, -1);
pos[movie] = top--;
update(pos[movie], 1);
}
printf("\n");
}
return 0;
}
코드 설명
-
헤더 파일 포함:
stdio.h와stdlib.h만 포함한다. - 전역 변수 선언:
tree[]: Fenwick Tree 배열을 전역 변수로 선언한다.size: 트리의 크기를 나타내는 변수.pos[]: 각 영화의 위치를 저장하는 배열.
- Fenwick Tree 함수 정의:
update(int idx, int val): 트리의 특정 인덱스에 값을 더하거나 뺀다.query(int idx): 1부터idx까지의 합을 구한다.
- 메인 함수:
- 테스트 케이스 수를 입력받는다.
- 각 테스트 케이스마다
n과m을 입력받고, 트리와 위치 배열을 초기화한다. - 각 영화의 초기 위치를 설정하고, 트리에 반영한다.
- 각 영화 요청에 대해:
- 현재 위치에서 위에 있는 DVD 수를 계산하여 출력한다.
- 해당 영화를 트리에서 제거하고, 새로운 위치로 이동시킨 후 트리에 반영한다.
Python 코드와 설명
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import sys
input = sys.stdin.readline
def update(tree, idx, val, size):
while idx <= size:
tree[idx] += val
idx += idx & -idx
def query(tree, idx):
res = 0
while idx > 0:
res += tree[idx]
idx -= idx & -idx
return res
T = int(input())
for _ in range(T):
n, m = map(int, input().split())
size = n + m
tree = [0] * (size + 2)
pos = [0] * (n + 1)
for i in range(1, n + 1):
pos[i] = m + i
update(tree, pos[i], 1, size)
movies = list(map(int, input().split()))
top = m
res = []
for movie in movies:
idx = pos[movie]
count = query(tree, idx - 1)
res.append(str(count))
update(tree, idx, -1, size)
pos[movie] = top
update(tree, top, 1, size)
top -= 1
print(' '.join(res))
코드 설명
-
입출력 최적화:
sys.stdin.readline을 사용하여 입력 속도를 높인다. - Fenwick Tree 함수 정의:
update(tree, idx, val, size): 트리의 특정 인덱스에 값을 더하거나 뺀다.query(tree, idx): 1부터idx까지의 합을 구한다.
- 메인 로직:
- 테스트 케이스 수를 입력받는다.
- 각 테스트 케이스마다
n과m을 입력받고, 트리와 위치 배열을 초기화한다. - 각 영화의 초기 위치를 설정하고, 트리에 반영한다.
- 영화 요청 리스트를 입력받는다.
- 각 영화 요청에 대해:
- 현재 위치에서 위에 있는 DVD 수를 계산하여 결과 리스트에 추가한다.
- 해당 영화를 트리에서 제거하고, 새로운 위치로 이동시킨 후 트리에 반영한다.
- 결과 리스트를 공백으로 구분하여 출력한다.
결론
이 문제는 Fenwick Tree를 활용하여 스택에 쌓인 DVD의 위치를 효율적으로 관리하는 것이 핵심이다. 각 영화의 위치를 트리 인덱스로 매핑하고, 업데이트와 쿼리를 \(O(\log N)\)에 수행함으로써 시간 초과 없이 모든 테스트 케이스를 처리할 수 있었다. 이와 같은 자료 구조를 활용한 문제는 초기에는 복잡해 보일 수 있지만, 원리를 이해하고 나면 다양한 응용이 가능하므로 연습을 통해 익숙해지는 것이 중요하다.
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