How to sort an array by only being able to swap an element with another element two positions ahead (i+2)?

I have an array of integers that I need to sort. However, the only operation allowed is to swap an element at index i with the element at index i+2. This means traditional sorting algorithms like quicksort or mergesort won’t work directly because they rely on adjacent swaps.

the constraints are these:

  • the array is of lenght N
  • each integer in the array goes from 0 to N-1 (an array of size 5 would look something like this: [0,1,3,4,2]
  • the algorithm shall work also for arrays that could be composed of 100,000 cells

How can I fully sort the array given the i and i+2 swap constraint? Are there any existing algorithms or strategies that I can adapt to handle this specific problem? Also, how can I count the exact number of swaps required to sort the array completely?

Here’s what I came up with so far

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

// Function to perform bubble sort on a static array and count swaps
int bubble_sort_with_swap_count(int arr[], int n) {
    int swap_count = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                swap(arr[j], arr[j + 1]);
                swap_count++;
            }
        }
    }
    return swap_count;
}

// Function to sort the array with the given constraints and count steps
void sort_special_with_steps(int arr[], int n, int &total_swaps) {
    // Separate even and odd indexed elements
    int even_elements[n / 2 + 1], odd_elements[n / 2 + 1];
    int even_idx = 0, odd_idx = 0;
    
    for (int i = 0; i < n; i += 2) {
        even_elements[even_idx++] = arr[i];
    }
    for (int i = 1; i < n; i += 2) {
        odd_elements[odd_idx++] = arr[i];
    }
    
    // Sort both subsequences and count swaps
    int even_swaps = bubble_sort_with_swap_count(even_elements, even_idx);
    int odd_swaps = bubble_sort_with_swap_count(odd_elements, odd_idx);
    
    // Merge the sorted subsequences back into the original array
    even_idx = 0;
    odd_idx = 0;
    
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            arr[i] = even_elements[even_idx++];
        } else {
            arr[i] = odd_elements[odd_idx++];
        }
    }
    
    total_swaps = even_swaps + odd_swaps;
}

int main() {
    int arr[] = {4, 1, 3, 2, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int total_swaps = 0;
    
    sort_special_with_steps(arr, n, total_swaps);
    
    cout << "Sorted array: ";
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << "Number of steps: " << total_swaps << endl;
    
    return 0;
}

this is not nearly fast enough, I saw online that there’s some sort of tree structure that can be used but I never got it to work.

here are some test cases with each their expected outputs:

  • N = 5, arr = {2,0,4,3,1] -> total_swaps = -1 (cannot be solved)
  • N = 6, arr = {2,3,0,5,4,1} -> total_swaps = 3 (can be solved)
  • N = 200, arr = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,115,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,86,116,117,118,119,120,121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,140,141,142,143,144,145,146,147,148,149,150,151,152,153,154,155,156,157,158,159,160,161,162,163,164,165,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177,178,179,180,181,182,183,184,185,186,187,188,189,190,191,192,193,194,195,196,197,198,199}, total_swaps = -1 (cannot be solved)

8

The question isn’t asking you to do the sort as specified, it is asking you to compute how it would perform.

You’ve correctly identified that the problem is asking you to examine the properties of a modified bubble sort. Bubble sort is very inefficient (O(n^2) in the average case). However, there are algorithms you can use to calculate the number of swaps required by bubble sort in O(n). So you’d calculate these values for each half of the array and return the sum. You’ll find a description of how to count the number of swaps here: /a/65119332/529630 . You can leverage the fact if a < b && a < c then b < c to count the number of swaps in one loop over the array.

But that only works for when the array IS sortable. You need to figure out a way to check if the array is sortable by “bubble sort i+2”. But no one said you had to use bubble sort to figure this out. Instead you can use a more efficient sort. If you know the range of possible values that an item can take in the array, then you could even use integer sort (which is O(n)). And in these sorts of exercises, they are usually set up so you can use integer sort. So you’d use integer sort to calculate the two sorted halves of the array, merge them, and them compare the result with another array that was sorted altogether. If they’re equal then you know “bubble sort i+2” can sort the array.

It’s a lot of extra loops and code, but because both parts of calculation are O(n), the whole calculation remains O(n), rather than O(n^2) had you actually implemented “bubble sort i+2”.

2

in the end, I managed to solve it thanks to your suggestions, here’s my final O(N log N) solution:

#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
// Function to merge two halves and count inversions
int mergeAndCount(std::vector<int> &arr, int left, int mid, int right)
{
  std::vector<int> leftSub(arr.begin() + left, arr.begin() + mid + 1);
  std::vector<int> rightSub(arr.begin() + mid + 1, arr.begin() + right + 1);

  int i = 0, j = 0, k = left, swaps = 0;
  while (i < leftSub.size() && j < rightSub.size())
  {
    if (leftSub[i] <= rightSub[j])
    {
      arr[k++] = leftSub[i++];
    }
    else
    {
      arr[k++] = rightSub[j++];
      swaps += leftSub.size() - i;
    }
  }

  while (i < leftSub.size())
  {
    arr[k++] = leftSub[i++];
  }

  while (j < rightSub.size())
  {
    arr[k++] = rightSub[j++];
  }

  return swaps;
}

// Function to implement merge sort and count inversions
int mergeSortAndCount(std::vector<int> &arr, int left, int right)
{
  int swaps = 0;
  if (left < right)
  {
    int mid = left + (right - left) / 2;

    swaps += mergeSortAndCount(arr, left, mid);
    swaps += mergeSortAndCount(arr, mid + 1, right);
    swaps += mergeAndCount(arr, left, mid, right);
  }
  return swaps;
}

// Function to count inversions
int countInversions(std::vector<int> &arr)
{
  return mergeSortAndCount(arr, 0, arr.size() - 1);
}

long long flip_sort(int N, int V[])
{
  long long swaps = 0;
  vector<int> V_even;
  vector<int> V_odd;
  for (int i = 0; i < N; i++)
  {
    if (i % 2 == 0)
      if (V[i] % 2 != 0)
      {
        sort(V, V + N);
        return -1;
      }
      else
      {
        V_even.push_back(V[i]);
      }
    else if (V[i] % 2 == 0)
    {
      sort(V, V + N);
      return -1;
    }
    else
    {
      V_odd.push_back(V[i]);
    }
  }
  sort(V, V + N);
  swaps = countInversions(V_even) + countInversions(V_odd);
  return swaps;
};

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật