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2179. 统计数组中好三元组数目

题目描述

给你两个下标从 0 开始且长度为 n 的整数数组 nums1 和 nums2 ，两者都是 [0, 1, ..., n - 1] 的排列。

好三元组 指的是 3 个 互不相同 的值，且它们在数组 nums1 和 nums2 中出现顺序保持一致。换句话说，如果我们将 pos1_v 记为值 v 在 nums1 中出现的位置，pos2_v 为值 v 在 nums2 中的位置，那么一个好三元组定义为 0 <= x, y, z <= n - 1 ，且 pos1_x < pos1_y < pos1_z 和 pos2_x < pos2_y < pos2_z 都成立的 (x, y, z) 。

请你返回好三元组的 总数目 。

示例 1：

输入：nums1 = [2,0,1,3], nums2 = [0,1,2,3]
输出：1
解释：
总共有 4 个三元组 (x,y,z) 满足 pos1_x < pos1_y < pos1_z，分别是 (2,0,1) ，(2,0,3) ，(2,1,3) 和 (0,1,3) 。
这些三元组中，只有 (0,1,3) 满足 pos2_x < pos2_y < pos2_z 。所以只有 1 个好三元组。

示例 2：

输入：nums1 = [4,0,1,3,2], nums2 = [4,1,0,2,3]
输出：4
解释：总共有 4 个好三元组 (4,0,3) ，(4,0,2) ，(4,1,3) 和 (4,1,2) 。

提示：

n == nums1.length == nums2.length
3 <= n <= 10⁵
0 <= nums1[i], nums2[i] <= n - 1
nums1 和 nums2 是 [0, 1, ..., n - 1] 的排列。

解法

方法一：树状数组或线段树

对于本题，我们先用 pos 记录每个数在 nums2 中的位置，然后依次对 nums1 中的每个元素进行处理。

考虑以当前数字作为三元组中间数字的好三元组的数目。第一个数字需要是之前已经遍历过的，并且在 nums2 中的位置比当前数字更靠前的；第三个数字需要是当前还没有遍历过的，并且在 nums2 中的位置比当前数字更靠后的。

以 nums1 = [4,0,1,3,2], nums2 = [4,1,0,2,3]为例，考虑我们的遍历过程：

首先处理 4，此时 nums2 中出现情况为 [4,X,X,X,X]，4 之前有值的个数是 0，4 之后没有值的个数有 4 个。因此以 4 为中间数字能形成 0 个好三元组。
接下来是 0，此时 nums2 中出现情况为 [4,X,0,X,X]，0 之前有值的个数是 1，0 之后没有值的个数有 2 个。因此以 0 为中间数字能形成 2 个好三元组。
接下来是 1，此时 nums2 中出现情况为 [4,1,0,X,X]，1 之前有值的个数是 1，0 之后没有值的个数有 2 个。因此以 1 为中间数字能形成 2 个好三元组。
...
最后是 2，此时 nums2 中出现情况为 [4,1,0,2,3]，2 之前有值的个数是 4，2 之后没有值的个数是 0。因此以 2 为中间数字能形成 0 个好三元组。

我们可以用树状数组或线段树这两种数据结构来更新 nums2 中各个位置数字的出现情况，快速算出每个数字左侧 1 的个数，以及右侧 0 的个数。

数据结构 1：树状数组

树状数组，也称作“二叉索引树”（Binary Indexed Tree）或 Fenwick 树。它可以高效地实现如下两个操作：

单点更新 update(x, delta)：把序列 x 位置的数加上一个值 delta；
前缀和查询 query(x)：查询序列 [1,...x] 区间的区间和，即位置 x 的前缀和。

这两个操作的时间复杂度均为 $O(\log n)$。

数据结构 2：线段树

线段树将整个区间分割为多个不连续的子区间，子区间的数量不超过 log(width)。更新某个元素的值，只需要更新 log(width) 个区间，并且这些区间都包含在一个包含该元素的大区间内。

线段树的每个节点代表一个区间；
线段树具有唯一的根节点，代表的区间是整个统计范围，如 [1, N]；
线段树的每个叶子节点代表一个长度为 1 的元区间 [x, x]；
对于每个内部节点 [l, r]，它的左儿子是 [l, mid]，右儿子是 [mid + 1, r], 其中 mid = ⌊(l + r) / 2⌋ (即向下取整)。

本题 Python3 线段树代码 TLE。

Python3

class BinaryIndexedTree:
    def __init__(self, n):
        self.n = n
        self.c = [0] * (n + 1)

    @staticmethod
    def lowbit(x):
        return x & -x

    def update(self, x, delta):
        while x <= self.n:
            self.c[x] += delta
            x += BinaryIndexedTree.lowbit(x)

    def query(self, x):
        s = 0
        while x > 0:
            s += self.c[x]
            x -= BinaryIndexedTree.lowbit(x)
        return s


class Solution:
    def goodTriplets(self, nums1: List[int], nums2: List[int]) -> int:
        pos = {v: i for i, v in enumerate(nums2, 1)}
        ans = 0
        n = len(nums1)
        tree = BinaryIndexedTree(n)
        for num in nums1:
            p = pos[num]
            left = tree.query(p)
            right = n - p - (tree.query(n) - tree.query(p))
            ans += left * right
            tree.update(p, 1)
        return ans

Java

class Solution {
    public long goodTriplets(int[] nums1, int[] nums2) {
        int n = nums1.length;
        int[] pos = new int[n];
        BinaryIndexedTree tree = new BinaryIndexedTree(n);
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            pos[nums2[i]] = i + 1;
        }
        long ans = 0;
        for (int num : nums1) {
            int p = pos[num];
            long left = tree.query(p);
            long right = n - p - (tree.query(n) - tree.query(p));
            ans += left * right;
            tree.update(p, 1);
        }
        return ans;
    }
}

class BinaryIndexedTree {
    private int n;
    private int[] c;

    public BinaryIndexedTree(int n) {
        this.n = n;
        c = new int[n + 1];
    }

    public void update(int x, int delta) {
        while (x <= n) {
            c[x] += delta;
            x += lowbit(x);
        }
    }

    public int query(int x) {
        int s = 0;
        while (x > 0) {
            s += c[x];
            x -= lowbit(x);
        }
        return s;
    }

    public static int lowbit(int x) {
        return x & -x;
    }
}

C++

class BinaryIndexedTree {
public:
    int n;
    vector<int> c;

    BinaryIndexedTree(int _n)
        : n(_n)
        , c(_n + 1) {}

    void update(int x, int delta) {
        while (x <= n) {
            c[x] += delta;
            x += lowbit(x);
        }
    }

    int query(int x) {
        int s = 0;
        while (x > 0) {
            s += c[x];
            x -= lowbit(x);
        }
        return s;
    }

    int lowbit(int x) {
        return x & -x;
    }
};

class Solution {
public:
    long long goodTriplets(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        int n = nums1.size();
        vector<int> pos(n);
        for (int i = 0; i < n; ++i) pos[nums2[i]] = i + 1;
        BinaryIndexedTree* tree = new BinaryIndexedTree(n);
        long long ans = 0;
        for (int& num : nums1) {
            int p = pos[num];
            int left = tree->query(p);
            int right = n - p - (tree->query(n) - tree->query(p));
            ans += 1ll * left * right;
            tree->update(p, 1);
        }
        return ans;
    }
};

Go

type BinaryIndexedTree struct {
	n int
	c []int
}

func newBinaryIndexedTree(n int) *BinaryIndexedTree {
	c := make([]int, n+1)
	return &BinaryIndexedTree{n, c}
}

func (this *BinaryIndexedTree) lowbit(x int) int {
	return x & -x
}

func (this *BinaryIndexedTree) update(x, delta int) {
	for x <= this.n {
		this.c[x] += delta
		x += this.lowbit(x)
	}
}

func (this *BinaryIndexedTree) query(x int) int {
	s := 0
	for x > 0 {
		s += this.c[x]
		x -= this.lowbit(x)
	}
	return s
}

func goodTriplets(nums1 []int, nums2 []int) int64 {
	n := len(nums1)
	pos := make([]int, n)
	for i, v := range nums2 {
		pos[v] = i + 1
	}
	tree := newBinaryIndexedTree(n)
	var ans int64
	for _, num := range nums1 {
		p := pos[num]
		left := tree.query(p)
		right := n - p - (tree.query(n) - tree.query(p))
		ans += int64(left) * int64(right)
		tree.update(p, 1)
	}
	return ans
}

方法二

Python3

class Node:
    def __init__(self):
        self.l = 0
        self.r = 0
        self.v = 0


class SegmentTree:
    def __init__(self, n):
        self.tr = [Node() for _ in range(4 * n)]
        self.build(1, 1, n)

    def build(self, u, l, r):
        self.tr[u].l = l
        self.tr[u].r = r
        if l == r:
            return
        mid = (l + r) >> 1
        self.build(u << 1, l, mid)
        self.build(u << 1 | 1, mid + 1, r)

    def modify(self, u, x, v):
        if self.tr[u].l == x and self.tr[u].r == x:
            self.tr[u].v += v
            return
        mid = (self.tr[u].l + self.tr[u].r) >> 1
        if x <= mid:
            self.modify(u << 1, x, v)
        else:
            self.modify(u << 1 | 1, x, v)
        self.pushup(u)

    def pushup(self, u):
        self.tr[u].v = self.tr[u << 1].v + self.tr[u << 1 | 1].v

    def query(self, u, l, r):
        if self.tr[u].l >= l and self.tr[u].r <= r:
            return self.tr[u].v
        mid = (self.tr[u].l + self.tr[u].r) >> 1
        v = 0
        if l <= mid:
            v += self.query(u << 1, l, r)
        if r > mid:
            v += self.query(u << 1 | 1, l, r)
        return v


class Solution:
    def goodTriplets(self, nums1: List[int], nums2: List[int]) -> int:
        pos = {v: i for i, v in enumerate(nums2, 1)}
        ans = 0
        n = len(nums1)
        tree = SegmentTree(n)
        for num in nums1:
            p = pos[num]
            left = tree.query(1, 1, p)
            right = n - p - (tree.query(1, 1, n) - tree.query(1, 1, p))
            ans += left * right
            tree.modify(1, p, 1)
        return ans

Java

class Solution {
    public long goodTriplets(int[] nums1, int[] nums2) {
        int n = nums1.length;
        int[] pos = new int[n];
        SegmentTree tree = new SegmentTree(n);
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            pos[nums2[i]] = i + 1;
        }
        long ans = 0;
        for (int num : nums1) {
            int p = pos[num];
            long left = tree.query(1, 1, p);
            long right = n - p - (tree.query(1, 1, n) - tree.query(1, 1, p));
            ans += left * right;
            tree.modify(1, p, 1);
        }
        return ans;
    }
}

class Node {
    int l;
    int r;
    int v;
}

class SegmentTree {
    private Node[] tr;

    public SegmentTree(int n) {
        tr = new Node[4 * n];
        for (int i = 0; i < tr.length; ++i) {
            tr[i] = new Node();
        }
        build(1, 1, n);
    }

    public void build(int u, int l, int r) {
        tr[u].l = l;
        tr[u].r = r;
        if (l == r) {
            return;
        }
        int mid = (l + r) >> 1;
        build(u << 1, l, mid);
        build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
    }

    public void modify(int u, int x, int v) {
        if (tr[u].l == x && tr[u].r == x) {
            tr[u].v += v;
            return;
        }
        int mid = (tr[u].l + tr[u].r) >> 1;
        if (x <= mid) {
            modify(u << 1, x, v);
        } else {
            modify(u << 1 | 1, x, v);
        }
        pushup(u);
    }

    public void pushup(int u) {
        tr[u].v = tr[u << 1].v + tr[u << 1 | 1].v;
    }

    public int query(int u, int l, int r) {
        if (tr[u].l >= l && tr[u].r <= r) {
            return tr[u].v;
        }
        int mid = (tr[u].l + tr[u].r) >> 1;
        int v = 0;
        if (l <= mid) {
            v += query(u << 1, l, r);
        }
        if (r > mid) {
            v += query(u << 1 | 1, l, r);
        }
        return v;
    }
}

C++

class Node {
public:
    int l;
    int r;
    int v;
};

class SegmentTree {
public:
    vector<Node*> tr;

    SegmentTree(int n) {
        tr.resize(4 * n);
        for (int i = 0; i < tr.size(); ++i) tr[i] = new Node();
        build(1, 1, n);
    }

    void build(int u, int l, int r) {
        tr[u]->l = l;
        tr[u]->r = r;
        if (l == r) return;
        int mid = (l + r) >> 1;
        build(u << 1, l, mid);
        build(u << 1 | 1, mid + 1, r);
    }

    void modify(int u, int x, int v) {
        if (tr[u]->l == x && tr[u]->r == x) {
            tr[u]->v += v;
            return;
        }
        int mid = (tr[u]->l + tr[u]->r) >> 1;
        if (x <= mid)
            modify(u << 1, x, v);
        else
            modify(u << 1 | 1, x, v);
        pushup(u);
    }

    void pushup(int u) {
        tr[u]->v = tr[u << 1]->v + tr[u << 1 | 1]->v;
    }

    int query(int u, int l, int r) {
        if (tr[u]->l >= l && tr[u]->r <= r) return tr[u]->v;
        int mid = (tr[u]->l + tr[u]->r) >> 1;
        int v = 0;
        if (l <= mid) v += query(u << 1, l, r);
        if (r > mid) v += query(u << 1 | 1, l, r);
        return v;
    }
};

class Solution {
public:
    long long goodTriplets(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        int n = nums1.size();
        vector<int> pos(n);
        for (int i = 0; i < n; ++i) pos[nums2[i]] = i + 1;
        SegmentTree* tree = new SegmentTree(n);
        long long ans = 0;
        for (int& num : nums1) {
            int p = pos[num];
            int left = tree->query(1, 1, p);
            int right = n - p - (tree->query(1, 1, n) - tree->query(1, 1, p));
            ans += 1ll * left * right;
            tree->modify(1, p, 1);
        }
        return ans;
    }
};

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