思路简介

文字描述

整个ICPC-Management-System服务端存放在命名空间ICPCManager里，其中命名空间ICPCManager::API里面有直接给main函数调用的接口，由API里的函数调用ICPCManager::BackEnd里的函数执行具体操作。
拆分成ICPCManager::API和ICPCManager::BackEnd的原因有两个：第一个是解析输入命令和校验命令合法性的操作可以在ICPCManager::API里面完成，ICPCManager::BackEnd的函数可以直接从函数参数列表获取数据；第二个是有些对外接口可以拆分成可复用的子命令（虽然在这次大作业中并没有体现，在接口层面就拆分成子命令在编写复杂度上没有明显优势）或不需要执行很多操作（如结束比赛），这样可以降低编写复杂度。

在具体的数据维护方面，后台数据（无视是否封榜）的更新较为简单；而与榜单相关的数据则维护哪些数据可以进入榜单、哪些数据可以进入榜单但尚未进入榜单，并注意一些关键细节（如比较器依赖的那些数据的更新要与平衡树的更新实时同步）即可。

在性能优化方面，首先完成一些较为明显的优化，如刷新榜单时不完全重构，只更新变化了的数据。然后利用代码性能分析工具gprof寻找占用过多时间的函数，并逐步优化细节。（特别鸣谢：感谢Dark教授传授的卡常技巧）

简图

测试数据与调试经历

主要经历了两次重大bug，第一次是在刚开始编写时，出现不明错误，通过抛出异常等方法逐步排查最终发现是解析命令字符串时出错。第二次是在编写中期，排名维护反复出bug，用下发的测试数据分析，发现bug出在需要依次比较两个得分、罚时均相同的队伍的通过时间序列时，由于下发测试数据过大不便调试，因此我针对性地设计了一组测试数据testcases/1.in，并借助它修复了这个bug。在性能优化阶段，在重构刷新榜单函数使得它支持精确更新后，排名维护再次出bug，我同样借助testcases/1.in修复了bug。

复杂度分析报告

添加队伍

O(1)，观察代码，AddTeam函数只初始化了后台数据（用随机访问数组存储），因此O(1)

提交题目

O(1)，观察代码，AddTeam函数只更新了后台数据并往暂存区简单地打tag，因此O(1)

刷新榜单

O(n log n)，观察代码，在刷新榜单函数中最多有N个队伍被更新，每次更新进行常数次查询、插入（O(log n)），因此O(n log n)

滚榜

O(n log n)，观察代码，滚榜函数一头一尾各调用一次刷新榜单操作，其中第一次同上述分析O(n log n)，第二次只遍历，均摊O(n)。滚榜自身，scroll_cursor保证了每个队伍的每道题最多被处理一次、最外层大循环最多进行N*26次，每次大循环进行常数次查询、插入（O(log n)）。综上，滚榜操作O(n log n)

查询队伍排名

O(1)，观察代码，相关函数直接查询跟随榜单刷新的一个随机访问数组，显然O(1)

查询队伍提交情况

O(1)，观察代码，相关函数直接查询后台数据，显然O(1)

特殊说明

在题目所给的数据范围内，unordered_map时间复杂度退化的可能性可以忽略不计，相关操作视作O(1)

:trophy:ICPC Management System

ACM 班 2023 级程序设计课程第二次大作业

📖目录

• :trophy:ICPC Management System
  • 📖目录
  • 🎈简介
    • 背景
    • 作业目标
  • 📝作业说明
    • 🛎分数组成
      • A 班
      • B 班
    • ⏱截止时间
      • A 班
      • B 班
  • 🚀作业要求
    • 术语解释
    • 指令说明
    • 输入格式
    • 输出格式
    • 数据范围

🎈简介

背景

ICPC （国际大学生程序设计竞赛）由 ICPC 基金会举办的一项旨在展示大学生创新能力、团队精神和在压力下编写程序、分析和解决问题能力的年度竞赛，是最具影响力的大学生计算机竞赛。在 ICPC 比赛中，每个队伍尝试在错误提交次数最少的情况下解答出最多的问题，获胜者为正确解答题目最多且总罚时最少的队伍。

作业目标

我们想通过本次作业达到以下目标：

• 学会使用 STL 库
• 加深对于字符串处理的掌握
• 加深对于时间复杂度的理解
• 提高模拟水平，掌握基本的拆分功能、规划项目的能力
• 学会处理边界情况
• 规范代码风格
• 学会自己设计测试数据

因此，你需要实现一个 ICPC 比赛后台系统，通过队伍的提交情况对比赛结果进行维护，具体要求实现的操作见 作业要求。

📝作业说明

🛎分数组成

为了让大家在更好地熟悉 C++ STL 相关操作，B 班同学需要先完成两个前置作业，A 班同学不做要求。

此外，为确保大家有合理的时间分配，我们对 B 班同学设有中期检查，A 班同学不做要求。

因此 A、B 班的分数组成略有差别：

A 班

B 班

下面是需要说明的几点：

• 题目 ICPC Management System (2023 B) 的所有测试点的时间限制是 ICPC Management System (2023 A) 的 4 倍。

• 为了帮助大家养成更好的开发习惯，在 中期检查 时请以代码结构图等方式向助教讲解你的 实现思路。同时，我们也会检查大家的 完成度，请注意时间分配。

• 在 Code Review 中我们会 严格审查你的代码风格，请遵循代码风格要求。

• 为了训练大家分析时间复杂度的能力，本次作业要求完成一份 书面复杂度分析报告，报告提交的截止时间与 OJ 提交的截止时间相同，且在 Code Review 时需要展示你的报告。报告的准确程度会影响你的 Code Review 得分。在报告里，你需要给出你的代码中以下几条指令的时间复杂度，并简要说明你是怎么分析的。设 $N$ 为队伍总数，指令后方标注的是我们所能接受的 最坏 时间复杂度（部分指令存在更优方案），如果你的程序对应部分的时间复杂度不能满足要求，Code Review 时将被扣除部分分数。

  • 添加队伍 $O(\log N)$
  • 提交题目 $O(\log N)$
  • 刷新榜单 $O(N\log N)$
  • 滚榜 $O(N\log N)$
  • 查询队伍排名 $O(\log N)$
  • 查询队伍提交情况 $O(\log N)$

  报告形式：建议使用 Markdown 编写，这样可以方便地编写数学公式和插入代码。

• 本次作业提供部分样例数据供同学们测试使用，数据存放在本仓库 data 目录下。注意，这些数据并非 Online Judge 上的测试数据点，本地通过所有数据点并不能保证你能够通过 OJ 上的测试。每位同学有 一次 机会从负责本次大作业的助教（李心瑶 和 薛佳锐）那里获得一个 OJ 测试数据点，同时禁止与同学分享你获得的数据点。

• 除本地提供的样例数据外，我们也鼓励同学们根据自己的程序逻辑，尝试自己设计测试数据辅助调试。在开发和调试的过程中，你可以 保存下自己设计过的测试数据 ，并记录下自己遇到过哪些困难的问题，以及最终是如何解决的，我们将会在 Code Review 时检查这些内容。

• 本次作业的ddl为死ddl，原则上不接受ddl后的提交，但如果你没有能够在ddl前通过对应的题目，你也可以通过提交低一档的题目来获得一定的分数，具体如下

  • A 班同学如果未能通过1986. ICPC Management System (2023 A)，但通过了1987. ICPC Management System (2023 B)，将会获得 不少于60% 的分数。
  • B 班同学如果未能通过1987. ICPC Management System (2023 B)，但通过了去年的题目1731. ICPC Management System (2022 B)，也将会获得 不少于60% 的分数。

⏱截止时间

A 班

• ICPC Management System (2023 A) 与分析报告：第 7 周周一（10 月 23 日）18:00

B 班

• STL 练习：第 6 周周一（10 月 16 日）18:00
• 前置作业：第 6 周周四（10 月 19 日）20:00
• 中期检查：第 7 周周二（10 月 24 日）答疑时间
• ICPC Management System (2023 B) 与分析报告：第 8 周周一（10 月 30 日）18:00

🚀作业要求

术语解释

由于本次作业涉及到很多专用术语，为了更好地理解后面的指令说明，我们先会对作业中用到的术语进行解释。

• 比赛时间：我们用 duration_time 表示比赛的持续时间，比赛时间范围是闭区间 [1, duration_time]，因此，我们可以用该区间中的某个整数，表示比赛过程中的某个时间点。我们仅保证输入数据中的提交时间是 单调不降 的，这意味着可能出现 相同 的时间。

• 队伍：每一支参赛队伍都有自己唯一的队伍名称，队名格式为 20 个字符内（含）的大小写字母、数字及下划线的组合。

• 提交：队伍提交一份解答，经评测机评测后，后台获得这次提交的基本信息。未封榜时的提交会实时更新队伍的状态（如通过题目数量等），但 并不会更新榜单上队伍的排名。

• 评测状态：每次提交都有其对应的评测状态，评测状态可能有以下情况：

  • Accepted
  • Wrong_Answer
  • Runtime_Error
  • Time_Limit_Exceed

  除了 Accepted 算做通过外，剩下的状态均不算做通过。

• 刷新榜单：更新榜单上队伍的排名。

• 榜单：按照排名从前到后显示每支队伍的状态。

• 罚时：一种比较两队伍排名的参数。一个队伍对于某道题目的罚时定义为 $P = 20X + T$ ，其中 $X$ 为该队伍第一次正确提交前的提交次数， $T$ 为该队通过此题的时间，即第一次正确提交的时间。某队伍的罚时定义为该队伍对于其所有 通过的题目 的罚时之和。

• 排名：比赛的排名由多个参数共同决定：

  • 首先，通过题目数多的队伍排名靠前；
  • 当两队通过题目数相同时，我们比较两队的罚时，罚时小者排名靠前；
  • 依旧平局时，我们比较两队通过时间最大的题目的通过时间，最大通过时间较小的一队排名靠前，相同则比较通过时间第二大的题目，依旧相同则比较通过时间第三大的题目……以此类推；
  • 如果依旧平局则比较两支队伍名称的字典序，字典序较小的队伍排名靠前（由于队伍名称是互不相同的，因此两支队伍名称的字典序必有一个小于另一个）。
  • 注意：以上所有因素均 不包含冻结状态的题目（冻结状态见下一条），显而易见，封榜后直到滚榜前排行榜上的排名不会发生改变。
  • 第一次刷新榜单前的排名的依据是队伍名称的字典序。

• 封榜：封榜后，对于任意一支队伍，所有 封榜前该队伍未通过的题目，封榜后的排行榜上并不显示实时的提交结果，而只显示出封榜时间段内该队伍对题目的提交次数，封榜后至少有一次提交的题目将变成 冻结状态（封榜前通过的题目，封榜后再次提交不会被冻结）。

• 滚榜：滚榜环节中，每次在排行榜上选择一支排名最靠后且有冻结状态题目的队伍，并选择该队伍编号最小的一道冻结状态的题目进行解冻，并重新计算排名，更改排行榜上的排名状态。之后在更新过的排行榜上，再次选择排名最靠后且有冻结状态题目的队伍，重复上述解冻操作，直到所有队伍都不存在仍处于冻结状态的题目。这样，我们就得到了当前正确的榜单。

  • 注意：与实际比赛不同的是，本次作业中一次比赛内可以进行多次封榜、滚榜。每次滚榜必须在封榜状态下才能执行；滚榜结束后，封榜状态将被解除，之后可以再次封榜。

指令说明

所有的指令格式由下方的代码框给出，全大写部分代表命令，中括号 [] 内的小写部分代表对应参数（括号并不会出现在输入中）。

# 添加队伍
ADDTEAM [team_name]

# 开始比赛
START DURATION [duration_time] PROBLEM [problem_count]

# 提交题目
SUBMIT [problem_name] BY [team_name] WITH [submit_status] AT [time]

# 刷新榜单
FLUSH

# 封榜
FREEZE

# 滚榜
SCROLL

# 查询队伍排名
QUERY_RANKING [team_name]

# 查询队伍提交情况
QUERY_SUBMISSION [team_name] WHERE PROBLEM=[problem_name] AND STATUS=[status]

# 结束比赛
END

• 添加队伍

  • ADDTEAM [team_name]
  • 向系统中添加队伍。
    • 成功添加输出 [Info]Add successfully.\n
    • 若比赛已开始，输出 [Error]Add failed: competition has started.\n
    • 若比赛未开始但队伍名重复，输出 [Error]Add failed: duplicated team name.\n

• 开始比赛

  • START DURATION [duration_time] PROBLEM [problem_count]
  • 开始比赛，比赛时间范围为闭区间 [1, duration_time] ，题号范围为前 problem_count 个大写英文字母。
    • 成功开始则输出 [Info]Competition starts.\n
    • 若比赛已开始，输出 [Error]Start failed: competition has started.\n

保证以下全部操作均在开始比赛之后出现。

• 提交题目

  • SUBMIT [problem_name] BY [team_name] WITH [submit_status] AT [time]
  • 保证输入合法，记录 team_name 在 time 时刻对题目 problem_name 的一次提交，评测状态为 submit_status 。
    • submit_status 可能有以下情况：Accepted，Wrong_Answer，Runtime_Error，Time_Limit_Exceed。除了 Accepted 算做通过外，剩下的状态均不算做通过。保证 time 按照提交出现的顺序单调（非严格）上升。
    • 本条指令无输出。

• 刷新榜单

  • FLUSH
  • 刷新当前榜单。
    • 输出 [Info]Flush scoreboard.\n

• 封榜

  • FREEZE
  • 进行封榜操作。
    • 成功则输出 [Info]Freeze scoreboard.\n
    • 若已封榜但未滚榜，则输出 [Error]Freeze failed: scoreboard has been frozen.\n

• 滚榜

  • SCROLL

    • 若未封榜，则输出 [Error]Scroll failed: scoreboard has not been frozen.

    • 若已封榜，则可以开始滚榜，

      • 首先输出提示语 [Info]Scroll scoreboard.\n，
      • 然后输出 滚榜前 的榜单，
      • 接着每一行输出滚榜时 导致排名变化 的解冻，
      • 最后输出 滚榜后 的榜单。

    • 排名变化的输出格式如下：

      [team_name1] [team_name2] [solved_number] [penalty_time]
      

      team_name1 表示题目解冻导致排名上升的队伍， team_name2 表示排名被 team_name1 取代的队伍， solved_number 和 penalty_time 为 team_name1 新的解题数和罚时；

    • 榜单的输出格式如下： 输出 $N$ （队伍总数）行，每行以

      队名 排名 解题数 总罚时 A B C ...
      

      的格式表示一支队伍的情况，其中“A B C ...”表示每一题的情况，有以下三种可能：

      • 该题未被冻结且已经通过：
        • 显示 +x，其中 x 表示该题第一次通过前错误的次数
        • 如果 x 为 0，则显示 + 而不是 +0
      • 该题未被冻结但没有通过：
        • 显示 -x，其中 x 表示该题错误的次数
        • 如果 x 为 0（即此队伍还没有提交过此题），则显示 . 而不是 -0
      • 该题被冻结：
        • 显示 -x/y，其中 x 表示封榜前错误的次数，y 表示封榜后的提交次数。
        • 如果 x 为 0，则显示 0/y 而不是 -0/y

• 查询队伍排名

  • QUERY_RANKING [team_name]

    • 查询对应队伍排名。

    • 若队伍不存在，则输出 [Error]Query ranking failed: cannot find the team.\n

    • 若队伍存在，则输出 [Info]Complete query ranking.\n。此时若处在封榜状态，则需要输出一行 [Warning]Scoreboard is frozen. The ranking may be inaccurate until it were scrolled.\n。不论是否封榜，输出上一次刷新榜单后的队伍排名，格式如下：

      [team_name] NOW AT RANKING [ranking]
      

• 查询队伍提交情况

  • QUERY_SUBMISSION [team_name] WHERE PROBLEM=[problem_name] AND STATUS=[status]

    • 查询对应队伍的满足条件的最后一次提交。封榜后的提交可以被查询到。

      以下是可参考以下合法示例：

      # 查询 Team_Rocket 的最后一次提交
      QUERY_SUBMISSION Team_Rocket WHERE PROBLEM=ALL AND STATUS=ALL
      
      # 查询 Team_Plasma 的最后一次状态为 Accepted 的提交
      QUERY_SUBMISSION Team_Plasma WHERE PROBLEM=ALL AND STATUS=Accepted
      
      # 查询 Pokemon_League 的最后一次对题目 A 的提交
      QUERY_SUBMISSION Pokemon_League WHERE PROBLEM=A AND STATUS=ALL
      
      # 查询 Opelucid_Gym 队的最后一次对 M 题状态为 Runtime_Error 的提交
      QUERY_SUBMISSION Opelucid_Gym WHERE PROBLEM=M AND STATUS=Runtime_Error
      

    • 若队伍不存在，则输出 [Error]Query submission failed: cannot find the team.\n

    • 若队伍存在 [Info]Complete query submission.\n

      • 若无满足条件的提交，输出 Cannot find any submission.\n

      • 若有满足条件的提交，输出一行表示最后一次满足条件的提交，格式如下：

        [team_name] [problem_name] [status] [time]
        

        problem_name 为该次提交的题目编号，status 为该次提交的状态，time 为该次提交的时间。保证询问中的 problem_name 与 status 格式合法。

• 结束比赛

  • END
    • 结束比赛。
      • 输出 [Info]Competition ends.\n。保证结束比赛时排行榜不处于封榜状态，且之后没有任何操作。

输入格式

• 程序开始运行后，会读入若干个指令，直到读入 END 指令为止。
• 保证命令格式合法（但不保证命令所执行的内容合法，具体可参见上文）。

输出格式

按照指令说明部分所要求的格式输出。

数据范围

对于 60% 的数据，队伍总数 $N \le 500$ ，操作次数 $\mathit{opt}\le 10^4$ 。

对于 100% 的数据，队伍总数 $N \le 10^4$，题目总数 $M \le 26$ ，比赛时长 $T \le 10^5$ ，操作次数 $\mathit{opt}\le 3\times 10^5$ ，刷新榜单次数 $\mathit{opt_{flush}} \le 1000$ 。封榜次数 $\mathit{opt_{freeze}}\le 10$ 。