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  • $CDQ$分治总结

    A.(CDQ) 分治

    特别基础的教程略。

    (CDQ)分治的优缺点:
    ( 1 )优点:代码量少,常数极小,可以降低处理维数
    ( 2 )缺点:必须离线处理。

    (CDQ)分治与其他分治最本质的不同在于:

    分治到达([L,R])时,分治处理([L,mid])([mid+1,R])
    然后递归上来合并的时候:
    只考虑 [L,mid]中元素 对 [mid+1,R] 中元素的影响

    看起来这句话非常简单,但只要正真理解了这句话,也就理解了(CDQ)分治。
    只要是满足这个原则的分治,都是可以称作(CDQ)分治的。
    下面给出几个例子,都是为了理解这句话:

    例题1:

    给定长度为(10^5)的一个序列,有一下两种操作:
    (1)type=1:x val ,把序列第x位置的元素加上val
    (2)type=2:x y , 求解[x,y]元素值的和

    树状数组大水题.....
    如果用(CDQ)分治呢?(虽然非常非常没有必要).
    我们把求解([x,y])元素之和拆分为求前缀和(pre[y]-pre[x-1])
    那么会对(pre[x])产生影响的为:操作时间在其之前,修改位置(leq x)的修改操作
    建立二元组((time , x)),外部以time排序,然后分治。
    分治时,每次以(x)归并排序,
    合并([L,mid])([mid+1,R])时,统计([L,mid])有几个修改操作。
    那么如果在([mid+1,R])碰到了修改操作,自然此时的统计数即为答案。
    注意到上面:只统计[L,mid]的修改,只计算[mid+1,R]的答案
    这就是(CDQ)分治的关键所在,因为这样统计可以做到不重不漏,代码见这里

    例题2:

    三维偏序问题:
    给定(n)个元素,每个元素有三个属性(a,b,c)
    定义(f(i) = sum_{i=1}^n [i!=j] imes [a_j<a_i 且 b_j<b_i 且 c_j<c_i])
    试计算(f(1),f(2),...f(n)),数据范围 (n leq 10^5)

    三维偏序是(CDQ)分治的最经典应用。
    先确定分治原则:
    建立三元组((a,b,c)),外部先按照(a)排序,消除(a)的影响。
    然后分治内部以(b)为准则进行归并。此时我们保证了(a_j<a_i)(b_j<b_i)
    第三维(c_j<c_i)怎么办?用以(c)值建立权值树状数组维护即可。
    具体流程为:

    (1)递归处理([L,mid])与[mid+1,R];
    (2)以(b)为准则归并,其中:
    ( 2>1 )若为([L,mid])元素,将其(c)值插入权值树状数组
    ( 2>2 )若为([mid+1,R])元素,在权值线段树中查询小于其(c)值的元素个数。
    (3)回溯;

    观察到处理时,依旧满足上面(CDQ)分治的特性。
    如果偏序原则中为(leq)即可,那么需要先去重。具体代码见这里

    (CDQ)分治的写法

    一个非常大的误区:(CDQ)分治一定要归并或边归并边处理。
    这其实是不对的,上面说过,只要满足(CDQ)分治原则就可以称为(CDQ)分治。
    所以(CDQ)分治的写法其实是多重多样,甚至不拘一格的。

    B.CDQ分治中分治原则的确定

    (CDQ)分治中的一个难点就是确定分治原则。
    在我们分治前,我们会确定元素的分治多元组。
    分治多元组的确定关键是看分治中对答案的影响因素。
    下面给两个非常经典的例题:

    例题3:

    序列初始为空,接下来每次会在指定位置(i)插入一个元素(x)
    求每次插入后,序列中的逆序对个数。
    保证插入元素的值不重复,数据范围(n leq 10^5)

    确定三元组((time , pos , val)),然后分治:
    外部以(time)进行排序,消除(time)的影响。
    然后内部以(pos)为原则进行归并,然后怎么处理呢?
    考虑一下元素对答案的影响:
    每次新增的点对此时答案的贡献为:
    (1)插入时间比它早,位置在它前面,值比它大的元素。
    (2)插入时间比它早,位置在它后面,值比它大的元素。
    所以我们先以(pos)从小到大归并排序好。
    然后从前往后正着扫一遍,
    如果元素的(time leq mid),那么在树状数组中插入它的(val)
    如果元素的(time > mid),那么在树状数组中查询大于它的(val)的元素个数,加入答案。
    然后再从后往前倒着扫一遍,处理方法一样。
    这样我们最后就得到了每加入一个元素新增的贡献数,最后统计一下答案即可。
    具体代码戳我

    例题4:

    给定一个大小为(n*n)的矩阵,初始每个格子元素都为(0)
    一共有(10^5)个操作,操作如下:
    (1)type=1:x y val ,把(x,y)位置的元素加上val。
    (2)type=2:x1 y1 x2 y2, 查询(x1,y1)到(x2,y2)这个矩形的元素和。

    貌似是上面的 例题1 的升级版....
    由二维变为三维,怎么做呢? 其实差不多。
    二维前缀和之类的略,自己(yy),然后:
    建立三元组((time , x , y))
    会影响询问答案的为:操作时间早于其,x、y都小于等于它x、y的修改操作
    所以外部以(time)排序,然后以(x)为原则归并。
    归并的时候,如果是左边区间的修改操作,把其修改值(val)值插入树状数组中的(y)位置。
    如果是右边的查询操作,查询树状数组中小于等于其(y)值的元素值之和。
    这题做完了......

    C.(CDQ)分治的嵌套使用

    1.解决四维偏序问题:

    首先我们考虑三维偏序的解决方法:
    外围排序三元组变为([L,b,c]与[R,b',c']),然后归并变为([L,L,c]与[R,R,c'])
    所以此时只需要在树状数组中查询(c)了。
    那么四维是不是类似呢?
    首先外围排序,四元组变为([L,b,c,d]与[R,b,c,d])
    然后我们先以(b)为原则归并,但是并不统计答案。
    此时我们要记录归并好的序列中每一个元素的(a)是属于(L)还是(R)
    那么此时只有(b)是有序的,(a)虽然无序但是我们记录了其来源(顺序)。
    即此时的四元组为([L/R,L,c,d])([L/R,R,c',d'])
    此时把这个新的序列带入下一层(CDQ)中再跑一遍,不就是三维偏序的处理吗?
    但是这里注意,为了保证(a)的顺序,只有([L,L,c,d])([R,R,c',d'])的元素才是合法的。
    这个也非常好解决,第一层(CDQ)归并时对每个元素打一个标记即可。
    具体的代码见这里

    2.解决N维偏序问题

    这里提个醒,用嵌套(CDQ)解决(N)维偏序问题的复杂度是(O(N log^{N-1}N))的。
    其实搞懂了四维偏序的解决方法后,五维、六维....不是一样的吗?
    四维时我们打了一层标记,消除了一维的影响,最终变为了三维偏序问题。
    那么(N)维我们则先归并(N-3)遍,打(N-3)层标记。
    这样一共消除了(N-3)维的影响,然后再跑三维偏序即可。
    实现五维偏序的具体代码见这里

    一些非常优秀的题目(难度递增):

    (1)Luogu P3374 【模板】树状数组 1
    (2)BZOJ 3262陌上花开
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    (4)[CQOI2011]动态逆序对
    (5)[HZOI 2016]偏序
    (6)[HZOI 2015]改:偏序 II
    (7)[BOI2007]摩基亚Mokia
    (8)BZOJ 4237 稻草人
    (9)[NOI2007]货币兑换Cash

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