#include "sorting.h"
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int tryFindSwapPairs(const int N, int S[], const int M, int X[], int Y[], int P[], int Q[]) {
for (int i = 0; i < M; i++) P[i] = Q[i] = 0;
int T[N];
for (int i = 0; i < N; i++) T[i] = S[i];
for (int i = 0; i < M; i++) swap(T[X[i]], T[Y[i]]);
int where[N];
for (int i = 0; i < N; i++) where[T[i]] = i;
vector<pair<int, int>> swap_list;
for (int i = 0; i < N; i++) {
if (T[i] != i) {
swap_list.emplace_back(i, T[i]);
int a = i, b = where[i];
swap(where[T[a]], where[T[b]]);
swap(T[a], T[b]);
}
}
for (int i = 0; i < N; i++) T[i] = S[i];
for (int i = 0; i < N; i++) where[T[i]] = i;
for (int i = 0; i < (int)swap_list.size(); i++) {
swap(where[T[X[i]]], where[T[Y[i]]]);
swap(T[X[i]], T[Y[i]]);
int a = where[swap_list[i].first], b = where[swap_list[i].second];
P[i] = a;
Q[i] = b;
swap(where[T[a]], where[T[b]]);
swap(T[a], T[b]);
}
for (int i = 0; i < N; i++) T[i] = S[i];
for (int i = 0; i < M; i++) {
if (is_sorted(T, T+N)) return i;
swap(T[X[i]], T[Y[i]]);
swap(T[P[i]], T[Q[i]]);
}
if (!is_sorted(T, T+N)) return -1;
return M;
}
int findSwapPairs(int N, int S[], int M, int X[], int Y[], int P[], int Q[]) {
int mn_i = M, mn_val = M;
for (int i = 0; i < N; i++) {
int p[M], q[M];
int ans = tryFindSwapPairs(N, S, i, X, Y, p, q);
if (ans >= 0 && ans < mn_val) {
mn_val = ans;
mn_i = i;
}
//cerr << ans << " ";
}
//cerr << "\n";
int p[M], q[M];
int ans = tryFindSwapPairs(N, S, mn_i, X, Y, p, q);
copy(p, p+M, P), copy(q, q+M, Q);
return ans;
}
// int main(int argc, char *argv[]) {
// if (argc > 1) srand(atoi(argv[1]));
// int N = rand() % 40 + 1;
// int M = 3*N;
// int S[N], X[M], Y[M], P[M], Q[M];
// iota(S, S+N, 0);
// random_shuffle(S, S+N);
// // for (int i = 0; i < N; i++) {
// // cerr << S[i] << " \n"[i == N-1];
// // }
// for (int i = 0; i < M; i++) {
// int a = rand() % N, b = rand() % N;
// if (a > b) swap(a, b);
// X[i] = a, Y[i] = b;
// }
// int cnt = findSwapPairs(N, S, M, X, Y, P, Q);
// for (int i = 0; i < cnt; i++) {
// swap(S[X[i]], S[Y[i]]);
// swap(S[P[i]], S[Q[i]]);
// }
// assert(is_sorted(S, S+N));
// return 0;
// }
