题意
给定 \(k\) 和一个排列 \(P'\),问有多少个排列 \(P\) 以最少步数交换相邻两个元素来进行收敛,最终的排列可能是 \(P'\),一个排列是收敛的当且仅当对于每一个数,在该数前且比这个数大的数的个数不超过 \(k\) 个。
思路
考虑正向的让一个排列收敛,我们设在第 \(i\) 个位置前且比 \(P_i\) 大的数有 \(cnt_i\) 个,最终收敛的条件为 \(\max\{cnt_1,cnt_2,\dots,cnt_n\} \le k\)。
考虑一次交换中 \(cnt\) 数组的变化,由于在 \([1,i-1]\) 区间的贡献对于 \(i\) 和 \(i+1\) 是可以直接交换的,我们只需要考虑 \(P_i\) 对 \(P_{i+1}\) 的贡献即可:
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\(P_i > P_{i+1}\),则交换后的 \(cnt_i\) 会少了原来 \(P_i\) 的贡献,故先交换,然后 \(cnt_i=cnt_i-1\);
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\(P_i < P_{i+1}\),则交换后的 \(cnt_{i+1}\) 会多了原来 \(P_{i+1}\) 的贡献,故先交换,然后 \(cnt_{i+1}=cnt_{i+1}+1\)。
我们肯定不会对第二种情况进行交换,而对于第一种情况,我们也只会对原来 \(cnt_{i+1}>k\) 的位置进行交换,进一步考虑,发现第一种情况等价于 \(cnt_i < cnt_{i+1}\),故交换的条件为:\(cnt_i < cnt_{i+1}\) 且 \(cnt_{i+1}>k\)。
接下来考虑从 \(P'\) 反着交换回 \(P\) 的情况,相当于前面的逆运算,我们设在第 \(i\) 个位置前且比 \(P_i\) 大的数有 \(cnt'_ i\) 个,则交换的条件为 \(cnt'_ i + 1 > cnt'_ {i+1}\) 且 \(cnt'_ i + 1 > k\),又因为 \(P'\) 一定是已经收敛的数组,所以 \(cnt'_ i\) 一定不大于 \(k\),故条件可进一步简化为 \(cnt'_ i = k\)。
每次交换相当于把这个数往后挪一位并加一,所以我们从后往前算方案数更方便。
对于最后一个满足 \(cnt'_ i = k\) 的 \(i\) ,它往后挪多少位都是可以的,而对于前面的,在它挪到上一个 \(cnt'_ i = k\) 现在所在的位置之前,显然也是可以的,而因为挪的过程中它会自增 \(1\),所以前面来的数一定不会小于后面的数,所以在此时交换也是合法的。综上,对于每一个满足 \(cnt'_ i = k\) 的 \(i\),都能随意往后挪动,至多可以挪动 \(n - i\) 次,故一共有 \(n - i + 1\) 中选择,所以答案为 \(\prod\limits_{cnt'_ i=k}(n-i+1)\)。
对于求 \(cnt'_ i\),直接遍历是 \(O(n^2)\) 的,使用树状数组是 \(O(n\log n)\) 的,都可以通过本题(应该没人会在这里写分块啥的吧)。