[noip2017-提高] 奶酪

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并查集维护相切/相交的空洞,上下表面挂虚拟节点,平方比较后判断是否同根。

OJ: roj

题目 ID: 3651

难度:普及

标签:并查集图论连通性python

创建: 2026-10-02 12:59

更新: 2026-10-07 13:50

题目描述

一块高度为 hh 的奶酪,下表面 z=0z=0,上表面 z=hz=h,内部有 nn 个半径同为 rr 的球形空洞。第 ii 个空洞球心为 (xi,yi,zi)(x_i,y_i,z_i)。Jerry 能从下表面经过空洞跑到上表面,当且仅当存在一列空洞,相邻两个空洞相切或相交(球心距离 ≤2r\le 2r),且最下面的空洞与下表面相切或相交(zi≤rz_i \le r),最上面的空洞与上表面相切或相交(zi+r≥hz_i + r \ge h)。

输入输出见 problem.md,数据范围 n≤1000n \le 1000,T≤20T \le 20,坐标与 h,rh,r 可达 10910^9。

思路

把每个空洞看成节点,相切/相交就连边,上下表面分别作为虚拟节点。用整数平方比较避免浮点误差;按 zz 排序后只检查同窗口内的球对,再求虚拟节点是否同根。

参考代码

Python 版:

python
#!/usr/bin/env python3
# Author by Rainboy blog: https://rainboylv.com github: https://github.com/rainboylvx
# rbook: -> https://rbook.roj.ac.cn  https://rbook2.roj.ac.cn
# rainboy的学习导航网站: https://idx.roj.ac.cn
# create_at: 2026-10-02 13:00
# update_at: 2026-10-02 13:00

import sys


def find(fa: list[int], x: int) -> int:
    """并查集查根:路径压缩,把沿途节点直接挂到根上。"""
    while fa[x] != x:
        fa[x] = fa[fa[x]]
        x = fa[x]
    return x


def union(fa: list[int], a: int, b: int) -> None:
    """把 a、b 所属的连通块合并成一个。"""
    ra, rb = find(fa, a), find(fa, b)
    if ra != rb:
        fa[rb] = ra


def can_escape(holes: list[tuple[int, int, int]], h: int, r: int) -> bool:
    """能否借助相切/相交的空洞从下表面走到上表面。

    最后两个元素是虚拟节点,分别代表下表面与上表面;两球相切或相交
    等价于球心距离不大于 2r,用平方比较避免开方。
    """
    holes.sort(key=lambda hole: hole[2])  # 按 z 升序,方便只检查 z 窗口内的球对
    bottom, top = len(holes), len(holes) + 1
    fa = list(range(len(holes) + 2))
    reach, link = 2 * r, 4 * r * r  # 球心 z 差上限、球心距离平方上限

    for i, (x, y, z) in enumerate(holes):
        if z <= r:  # 与下表面 z = 0 相交或相切
            union(fa, bottom, i)
        if z + r >= h:  # 与上表面 z = h 相交或相切
            union(fa, top, i)

    for i, (x1, y1, z1) in enumerate(holes):
        for j, (x2, y2, z2) in enumerate(holes[i + 1:], i + 1):
            if z2 - z1 > reach:  # 已排序,后面的球 z 只会更大,窗口到头了
                break
            if (x1 - x2) ** 2 + (y1 - y2) ** 2 + (z1 - z2) ** 2 <= link:
                union(fa, i, j)

    return find(fa, bottom) == find(fa, top)


def solve() -> None:
    data = iter(map(int, sys.stdin.buffer.read().split()))
    out: list[str] = []
    T = next(data)

    for _ in range(T):
        n, h, r = next(data), next(data), next(data)
        holes = [(next(data), next(data), next(data)) for _ in range(n)]  # n 个球心
        out.append('Yes' if can_escape(holes, h, r) else 'No')

    print('\n'.join(out))


if __name__ == "__main__":
    solve()

C++ 版(同一算法):

cpp
/**
 * Author by Rainboy blog: https://rainboylv.com github: https://github.com/rainboylvx
 * rbook: -> https://rbook.roj.ac.cn  https://rbook2.roj.ac.cn
 * rainboy的学习导航网站: https://idx.roj.ac.cn
 * create_at: 2026-10-06 16:01
 * update_at: 2026-10-06 16:01
 */
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

typedef long long ll;

const int MAXN = 1005; // n <= 1000

struct Hole {
    ll x, y, z;
} a[MAXN]; // 按 z 排序后的球心

int fa[MAXN + 2]; // 并查集父节点,额外 2 个给下表面和上表面

int find_root(int x) {
    int r = x;
    while (fa[r] != r) r = fa[r];
    while (fa[x] != x) {
        int p = fa[x];
        fa[x] = r;
        x = p;
    }
    return r;
}

void unite(int x, int y) {
    int rx = find_root(x);
    int ry = find_root(y);
    if (rx != ry) fa[ry] = rx;
}

bool cmp_z(const Hole &p, const Hole &q) {
    return p.z < q.z;
}

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    int T;
    cin >> T;
    while (T--) {
        int n;
        ll h, r;
        cin >> n >> h >> r;
        for (int i = 0; i < n; i++) cin >> a[i].x >> a[i].y >> a[i].z;

        sort(a, a + n, cmp_z); // 按 z 升序,用于 z 窗口剪枝

        int bottom = n;
        int top = n + 1;
        for (int i = 0; i < n + 2; i++) fa[i] = i;

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (a[i].z <= r) unite(bottom, i);       // 与下表面相连
            if (a[i].z + r >= h) unite(top, i);        // 与上表面相连
        }

        ll reach = 2 * r;          // 球心 z 差超过 2r 不可能相交
        __int128 limit = (__int128)4 * r * r; // 球心距离平方上限
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
                if (a[j].z - a[i].z > reach) break; // z 差已经太大,后面更大
                __int128 dx = a[j].x - a[i].x;
                __int128 dy = a[j].y - a[i].y;
                __int128 dz = a[j].z - a[i].z;
                __int128 dist2 = dx * dx + dy * dy + dz * dz;
                if (dist2 <= limit) unite(i, j);
            }
        }

        cout << (find_root(bottom) == find_root(top) ? "Yes" : "No") << '\n';
    }
    return 0;
}