Problem:
D: 矢 / Arrow

問題

rodea 君は 1 次元座標系の中におり、x = 0 の場所に立っている。この位置から、x = N の位置にある的を目がけて、 常に速さ 1 で移動する正の整数の長さの矢を投げる。しかし、rodea 君は非力なため、 区間 0 \leq x \leq N の中に合計 M 個の送風機を置くことにしている。

ここで、矢の先端から根元までの位置に 1 つの送風機も含まれない場合を「損失」と定義する。損失の判定は、矢の先端が x = 1, 2, 3, $\ldots$, N に到達した際に行う（つまり、合計 N 回行う）。

このとき、以下のクエリを Q 回処理せよ。

「損失」許容可能な回数 l_i が与えられる。すなわち、N 回の判定において、「損失」が合計 l_i 回以下なら矢を的に届けることが可能である。このときの、矢を的に届けるために必要な最短の矢の長さを求める。

入力形式

N M
m_1 m_2 $\ldots$ m_M
Q
l_1 l_2 $\ldots$ l_Q

1 行目に距離 N と送風機の個数 M が空白区切りで与えられる。

2 行目に、M 個の送風機それぞれの位置が与えられる。m_i=j のとき、 i 番目の送風機は x=j-1 と x=j の丁度中間に位置している。

3 行目にクエリの個数 Q が与えられ、4 行目に「損失」許容可能な回数 l_i が Q 個与えられる。

制約

1 \leq N \leq 10^5

1 \leq M \leq N

1 \leq m_1 < m_2 < $\ldots$ < m_M \leq N

1 \leq Q \leq 10^5

0 \leq l_i \leq 10^5 (1 \leq i \leq Q)

出力形式

与えられる Q 個の l_i に対して考えられる最短の矢の長さを、順に改行して出力せよ。

ただし、条件を満たす正の整数の長さの矢が存在しない場合は -1 を出力するものとする。

入力例1

5 1
2
1
3

出力例1

2

矢の先端が x = 1 に到達したとき、先端から根元までに送風機は含まれないので、「損失」回数は 1 になる。

矢の先端が x = 2 に到達したとき、先端から根元までに送風機は含まれるので、「損失」回数は 1 のままである。

矢の先端が x = 3 に到達したとき、先端から根元までに送風機は含まれるので、「損失」回数は 1 のままである。

矢の先端が x = 4 に到達したとき、先端から根元までに送風機は含まれないので、「損失」回数は 2 になる。

矢の先端が x = 5 に到達したとき、先端から根元までに送風機は含まれないので、「損失」回数は 3 になる。

長さ 2 より短い矢を投げる場合、「損失」回数が 3 よりも多くなるため、長さ 2 の矢を投げるときが条件を満たす最短の矢の長さである。

入力例2

11 3
2 5 9
3
1 4 8

出力例2

4
3
1

Solution in Rust (judge verdict: Accepted)

use std::collections::VecDeque;

const INF: usize = 1e9 as usize;

fn main() {
    let (r, w) = (std::io::stdin(), std::io::stdout());
    let mut sc = IO::new(r.lock(), w.lock());

    let distance: usize = sc.read();
    let n: usize = sc.read();
    let mut m = vec![];
    for _ in 0..n {
        let x: usize = sc.read();
        m.push(x);
    }
    m.push(distance + 1);

    let first = m[0];

    let mut ds = vec![];
    for i in 1..m.len() {
        let d = m[i] - m[i - 1] - 1;
        ds.push(d);
    }

    ds.sort();

    let mut costs = vec![0; distance + 1];
    let mut seg = 0;
    for i in (0..distance).rev() {
        while let Some(d) = ds.pop() {
            if d < i {
                ds.push(d);
                break;
            } else {
                seg += 1;
            }
        }
        costs[i] = costs[i + 1] + seg;
    }

    let q: usize = sc.read();
    let mut l = vec![];
    for i in 0..q {
        let x = sc.read::<usize>();
        l.push((x, i));
    }
    l.sort();

    let mut ans: Vec<i64> = vec![0; q];
    let mut cur = distance;
    for (l, i) in l.into_iter() {
        if l < first - 1 {
            ans[i] = -1;
            continue;
        }
        let l = l - (first - 1);
        while cur > 1 && costs[cur - 1] <= l {
            cur -= 1;
        }
        if cur == 1 && costs[1] > l {
            ans[i] = -1;
            continue;
        }
        ans[i] = cur as i64;
    }

    for ans in ans.into_iter() {
        sc.write(format!("{}\n", ans));
    }
}

pub struct IO<R, W: std::io::Write>(R, std::io::BufWriter<W>);

impl<R: std::io::Read, W: std::io::Write> IO<R, W> {
    pub fn new(r: R, w: W) -> IO<R, W> {
        IO(r, std::io::BufWriter::new(w))
    }
    pub fn write<S: std::ops::Deref<Target = str>>(&mut self, s: S) {
        use std::io::Write;
        self.1.write(s.as_bytes()).unwrap();
    }
    pub fn read<T: std::str::FromStr>(&mut self) -> T {
        use std::io::Read;
        let buf = self
            .0
            .by_ref()
            .bytes()
            .map(|b| b.unwrap())
            .skip_while(|&b| b == b' ' || b == b'\n' || b == b'\r' || b == b'\t')
            .take_while(|&b| b != b' ' && b != b'\n' && b != b'\r' && b != b'\t')
            .collect::<Vec<_>>();
        unsafe { std::str::from_utf8_unchecked(&buf) }
            .parse()
            .ok()
            .expect("Parse error.")
    }
    pub fn vec<T: std::str::FromStr>(&mut self, n: usize) -> Vec<T> {
        (0..n).map(|_| self.read()).collect()
    }
    pub fn chars(&mut self) -> Vec<char> {
        self.read::<String>().chars().collect()
    }
}