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  • 模板 RMQ问题ST表实现/单调队列

    RMQ (Range Minimum/Maximum Query)问题是指:

    对于长度为n的数列A,回答若干询问RMQ(A,i,j)(i,j<=n),返回数列A中下标在i,j里的最小(大)值,RMQ问题是指求区间最值的问题。

    for循环遍历一边,然后输出,那么你很容易想到会被T飞掉;

    1、先写一种比较高效的ST算法解决这个问题。

    线段树预处理O(nlogn),查询O(logn),支持在线修改 
    ST表预处理O(nlogn),查询O(1),但不支持在线修改 

    其实ST表是一种动态规划的思想;每次运用倍增思想求解每一个区间;

    一个序列的子区间有o(n^2)个,根据倍增思想,我们首先在这个规模中选择一些2的正实数次幂作为代表值;

    定义:f(i,j)表示[i,i+2j1] 这段长度为2j 的区间中的最大值。也就是从i开始2j个数的最大值;

    边界:f(i,0)=ai即f[i,i]区间的最大值就是ai

    递推时我们把子区间的长度成倍增长,$f(i,j)=max{f(i,j1),f(i+2j1,j1)}$;

    状态转移:将[i,j]平均分成两段,一段为[i,i+2j1],另一段为[i+2j1,i+2j1]

    即两段子区间的长度均为2j1f(i,j)的最大值即这两段的最大值中的最大值。

    查询任意区间[l,r]时,我们先计算出一个k,满足2k<r-l+1<=2k+1;也就是使2k小于区间的前提下的最大的k,

    那么“从l开始2k个数”和以r结尾的2k个数,这两段一定覆盖了整个区间[l,r],

    这两段的最大值分别是f[l,k],f[r-2k+1,k],两个中较大的就是整个区间[l,r]的最值,即使重叠也没有关系;

    网上也有这样解释的;https://blog.csdn.net/Hanks_o/article/details/77547380

     一个查询最小值的问题:质量检测

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    template<typename T>inline void read(T &x)
    {
        x=0;T f=1,ch=getchar();
        while(!isdigit(ch))  {if(ch=='-')  f=-1;  ch=getchar();}
        while(isdigit(ch))  {x=x*10+ch-'0';  ch=getchar();}
        x*=f;
    }
    int n,m,f[500000][30],x,y;
    inline void Rmq(int x)
    {
        for(int i=1; i<=20; i++) 
        {
                for(int j=1; j<=x; j++) 
                {
                    if(j+(1<<i)-1<=x)//使j+(1<<i)-1不超过区间最右端; 
                    f[j][i]=min(f[j][i-1],f[j+(1<<(i-1))][i-1]);//动态规划; 
                }
        }
    }
    inline int query(int x,int y)
    {
        int k=log2(y-x+1);
        return min(f[x][k],f[y-(1<<k)+1][k]); 
    }
    int main()
    {
        read(n);read(m);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            read(f[i][0]);
        Rmq(n);
        for(int i=1;i<=n-m+1;i++)
            printf("%d
    ",query(i,i+m-1));
        return 0;
    }
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    毕竟最大最小改一下min,max就可以了;

    忠诚

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    template<typename T>inline void read(T &x)
    {
        x=0;T f=1,ch=getchar();
        while(!isdigit(ch))  {if(ch=='-')  f=-1;  ch=getchar();}
        while(isdigit(ch))  {x=x*10+ch-'0';  ch=getchar();}
        x*=f;
    }
    int n,m,f[500000][30],x,y,a[100010];
    inline void Rmq(int x)
    {
        for(int i=1; i<=20; i++) 
        {
                for(int j=1; j<=x; j++) 
                {
                if(j+(1<<i)-1<=x)
                    f[j][i]=min(f[j][i-1],f[j+(1<<(i-1))][i-1]);
                }
        }
    }
    inline int query(int x,int y)
    {
        int k=log2(y-x+1);
        return min(f[x][k],f[y-(1<<k)+1][k]); 
    }
    int main()
    {
        read(n);read(m);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            read(f[i][0]);
        Rmq(n);
        for(int i=1;i<=m;i++)
        {
            read(x);read(y);
            a[i]=query(x,y);
        }
        for(int i=1;i<=m;i++)
            printf("%d ",a[i]);
        return 0;
    }
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    但有点变态的是,这个过不了洛谷的1440,所以我们再来讲一下单调队列的实现方式;

    例题:滑动窗口

    这个单调队列讲解好强:https://www.luogu.org/blog/hankeke/solution-p1886

     本题样例:

    8 3
    1 3 -1 -3 5 3 6 7

    下文中我们用q来表示单调队列,p来表示其所对应的在原列表里的序号。

    1. 由于此时队中没有一个元素,我们直接令1进队。此时,q={1},p={1}。

    2. 现在3面临着抉择。下面基于这样一个思想:假如把3放进去,如果后面2个数都比它大,那么3在其有生之年就有可能成为最小的。此时,q={1,3},p={1,2}

    3. 下面出现了-1。队尾元素3比-1大,那么意味着只要-1进队,那么3在其有生之年必定成为不了最小值,原因很明显:因为当下面3被框起来,那么-1也一定被框起来,所以3永远不能当最小值。所以,3从队尾出队。同理,1从队尾出队。最后-1进队,此时q={-1},p={3}

    4. 出现-3,同上面分析,-1>-3,-1从队尾出队,-3从队尾进队。q={-3},p={4}。

    5. 出现5,因为5>-3,同第二条分析,5在有生之年还是有希望的,所以5进队。此时,q={-3,5},p={4,5}

    6. 出现3。3先与队尾的5比较,3<5,按照第3条的分析,5从队尾出队。3再与-3比较,同第二条分析,3进队。此时,q={-3,3},p={4,6}

    7. 出现6。6与3比较,因为3<6,所以3不必出队。由于3以前元素都<3,所以不必再比较,6进队。因为-3此时已经在滑动窗口之外,所以-3从队首出队。此时,q={3,6},p={6,7}

    8. 出现7。队尾元素6小于7,7进队。此时,q={3,6,7},p={6,7,8}。

    那么,我们对单调队列的基本操作已经分析完毕。因为单调队列中元素大小单调递*(增/减/自定义比较),因此,队首元素必定是最值。按题意输出即可。

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    template<typename T>inline void read(T &x)
    {
        x=0;T f=1,ch=getchar();
        while(!isdigit(ch))  {if(ch=='-')  f=-1;  ch=getchar();}
        while(isdigit(ch))  {x=x*10+ch-'0';  ch=getchar();}
        x*=f;
    }
    int head,tail,q[1000001],p[1000001],k,n,a[1000001];
    inline void maxn()
    {
        head=1;tail=0;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            while(head<=tail&&q[tail]<=a[i])
                --tail;
            q[++tail]=a[i];
            p[tail]=i;
            while(p[head]<=i-k)
                head++;
            if(i>=k) printf("%d ",q[head]);
        }
        putchar('
    ');
    }
    inline void minn()
    {
        head=1;tail=0;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            while(head<=tail&&q[tail]>=a[i])
                --tail;
            q[++tail]=a[i];
            p[tail]=i;
            while(p[head]<=i-k)
                head++;
            if(i>=k) printf("%d ",q[head]);
        } 
        putchar('
    ');
    }
    int main()
    {
        read(n);read(k);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            read(a[i]);
        minn();
        maxn();
        return 0;
    }    
    View Code
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