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  • 可持久化专题(一)——浅谈主席树:可持久化线段树

    前言

    不得不说,可持久化数据结构真是太难了!

    由于数据结构这东西真的太玄学了,学这个主席树我真的学了很久。

    简介

    主席树为什么叫主席树?据说因为它是一个名字缩写为\(HJT\)的神犇发明的,与当时主席的名字缩写一样......

    主席树实质上就是一棵可持久化线段树,它的具体实现可以看下面。

    让我们从值域线段树开始说起

    要学主席树,我们就要先学值域线段树

    值域线段树的区间存的并不是节点信息,而是在值在某一范围内的数的个数

    如图就是一棵值域线段树,其中1号节点存储的是大于等于1小于等于4的数字个数,2号节点存储的是大于等于1小于等于2的数字个数,3号节点存储的是大于等于3小于等于4的数字个数,4号节点存储的是等于1的数字个数,5号节点存储的是等于2的数字个数,6号节点存储的是等于3的数字个数,7号节点存储的是等于4的数字个数。

    值域线段树的查询也挺简单的,若要查询这段区间内的第\(k\)大,只要比较当前元素的左子树大小加1(1是当前元素本身的大小)与询问的\(k\),若大于等于,就访问左子树,否则将\(k\)减去当前元素的左子树大小加1,然后访问右子树。

    这和平衡树有什么区别!!!

    还有一个问题,就是值域线段树存储的区间范围是固定的,所以如果要查询区间第\(k\)大,我们就不能只用一棵值域线段树。

    考虑建\(n\)棵值域线段树,每棵值域线段树存储区间\([1,i]\)的信息,这样一来,要查询\([l,r]\)的第\(k\)大时,只要在查询的过程中,将第\(r\)棵值域线段树的信息减去第\(l-1\)棵值域线段树的信息即可,这利用了前缀和的思想。

    或许你会问,这有什么用?建\(n\)棵树,内存那么大,我平衡树第一个不服!

    好吧,不服就不服,值域线段树还是有点用的,因为平衡树没法可持久化啊(可持久化\(Treap\)请走开)!

    从值域线段树到主席树

    知道了值域线段树,我们就可以开始尝试实现主席树了。

    来研究一下下面两棵分别存储\([1,3]\)\([1,4]\)区间信息的值域线段树(圆圈中为以该节点为根的子树大小)。

    仔细观察可得,我们每次新加入一个节点,有影响的只有图中\(\color{red}{标红}\)的节点。

    再仔细观察一下,这些节点都在一条链上(废话)。

    那么,我们就会有一个大胆的想法:可不可以每次只新建一条链而不是一棵树,就像下面这样?

    这就是传说中的主席树了。

    主席树的具体实现

    当然,真正实现主席树时,还是有一些细节要注意的。

    这里就不多讲了,直接上代码吧:(洛谷板子题

    #include<bits/stdc++.h>
    #define max(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))
    #define min(x,y) ((x)<(y)?(x):(y))
    #define LL long long
    #define swap(x,y) (x^=y,y^=x,x^=y)
    #define tc() (A==B&&(B=(A=ff)+fread(ff,1,100000,stdin),A==B)?EOF:*A++)
    #define pc(ch) (pp_<100000?pp[pp_++]=(ch):(fwrite(pp,1,100000,stdout),pp[(pp_=0)++]=(ch)))
    #define N 200000 
    int pp_=0;char ff[100000],*A=ff,*B=ff,pp[100000];
    using namespace std;
    int n,Q,m,tot=0,rt[N+5],a[N+5],p[N+5];
    struct Chairman_Tree
    {
        int Son[2],Size;
    }node[N<<6];
    inline void read(int &x)
    {
        x=0;int f=1;char ch;
        while(!isdigit(ch=tc())) f=ch^'-'?1:-1;
        while(x=(x<<3)+(x<<1)+ch-'0',isdigit(ch=tc()));
        x*=f;
    }
    inline void write(int x)
    {
        if(x<0) pc('-'),x=-x;
        if(x>9) write(x/10);
        pc(x%10+'0');
    }
    inline void Build(int &rt,int l,int r)//建出一棵初始时的的树,和传统的线段树几乎一样
    {
        rt=++tot;//新建一个节点,动态开点也是主席树中特别重要的
        int mid=l+r>>1;
        if(!(l^r)) return;
        Build(node[rt].Son[0],l,mid),Build(node[rt].Son[1],mid+1,r);//分别建树
    }
    inline void NewPoint(int &rt,int lst,int l,int r,int val)//新建一个节点(准确来说,应该是新建一条链)
    {
        node[rt=++tot]=node[lst],++node[rt].Size;//动态开点,先复制原先的节点,然后将子树大小加1
        int mid=l+r>>1;
        if(!(l^r)) return;
        if(val<=mid) NewPoint(node[rt].Son[0],node[lst].Son[0],l,mid,val);//如果插入的新值比当前元素小(或等于),那么就新建一个左儿子
        else NewPoint(node[rt].Son[1],node[lst].Son[1],mid+1,r,val);//否则,新建一个右儿子
    }
    inline int Query(int rt1,int rt2,int l,int r,int k)//区间查询,相当于同时在两棵值域线段树上询问
    {
        int mid=l+r>>1;
        if(!(l^r)) return l;//如果l与r相等,就返回l
        if(node[node[rt2].Son[0]].Size-node[node[rt1].Son[0]].Size>=k) return Query(node[rt1].Son[0],node[rt2].Son[0],l,mid,k);//如果当前左子树大小加1大于等于询问的k,那么访问左子树
    	else return Query(node[rt1].Son[1],node[rt2].Son[1],mid+1,r,k-node[node[rt2].Son[0]].Size+node[node[rt1].Son[0]].Size);//否则,将k减去当前左子树大小加1
    }
    inline int num(int x)//求出一个数离散化后的值,一个二分的过程
    {
        int l=1,r=m;
        while(l<=r)
        {
            int mid=l+r>>1;
            if(p[mid]==x) return mid;
            else if(p[mid]>x) r=mid-1;
            else l=mid+1;
        }
    }
    int main()
    {
        register int i;
        for(read(n),read(Q),i=1;i<=n;++i) read(a[i]),p[i]=a[i];
        for(sort(p+1,p+n+1),Build(rt[0],i=1,m=unique(p+1,p+n+1)-p-1);i<=n;++i) NewPoint(rt[i],rt[i-1],1,m,num(a[i]));//将元素离散化,新建一棵树以及n条链,注意存储每条链的根节点的编号
        for(i=1;i<=Q;++i)//询问
        {
            int x,y,k;
            read(x),read(y),read(k),write(p[Query(rt[x-1],rt[y],1,m,k)]),pc('\n');//利用前缀和思想
        }
        return fwrite(pp,1,pp_,stdout),0;
    }
    
    败得义无反顾,弱得一无是处
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/chenxiaoran666/p/ChairmanTree.html
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