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    $FHQ\_Treap$是平衡树的一种,它不仅支持几乎所有的平衡树的操作,而且实现特别简单,总共只有两个操作。这里来简单介绍一下。

    基本操作

    $FHQ\_Treap$和$Treap$一样是需要用随机值来维护树的形态的,但是$FHQ\_Treap$不需要旋转来调整形态,而是用$Split$和$Merge$来实现,也就是分离与合并,也就是这两种操作,完成了$FHQ\_Treap$的所有操作。

    分离(Split)

    把一棵平衡树分离成两棵,从而方便插入和删除。分离有两种做法,一种是按权值分离,一种是按子树大小分离,根据情况选择。

    权值分离版:

    void split(int rt,int k,int &x,int &y)
    {
        if( !rt ) x=y=0;
        else {
            if( val[rt]<=k ) x=rt, split(ch[rt][1],k,ch[rt][1],y);
            else y=rt, split(ch[rt][0],k,x,ch[rt][0]);
            pushup(rt);
        }
    }

    子树大小版:

    void split(int rt,int k,int &x,int &y)
    {
        if( !rt ) x=0, y=0;
        else {
            pushdown(rt);
            if( siz[ch[rt][0]]<k ) {
                x=rt, split(ch[rt][1],k-siz[ch[rt][0]]-1,ch[rt][1],y);
            } else {
                y=rt, split(ch[rt][0],k,x,ch[rt][0]);
            }
            pushup(rt);
        }
    }

    合并(merge)

    合并操作与左偏树的合并类似,按照优先级合并,把优先级高的作为父节点。当然,合并的时候,函数中的两个参数$x,y$要按照顺序,$x$是权值较小的,$y$是权值较大的,因为合并的时候是按照随机值来确定优先级的。(当然在函数中交换也行,不过常数大些)

    int merge(int x,int y)
    {
        if( !x || !y ) return x+y;
        if( p[x]<p[y] ) {
            ch[x][1]=merge(ch[x][1],y); pushup(x);
            return x;
        } else {
            ch[y][0]=merge(x,ch[y][0]); pushup(y);
            return y;
        }
    }

    平衡树的其他操作的实现

    插入新节点(insert)

    先把树按照新结点的权值分离,然后再把新结点当作一棵树与两个分离出来的树合并。

    inline int neo(int v)
    {
        val[++tot]=v;
        siz[tot]=1; p[tot]=rand();
        return tot;
    }
    
    inline void insert(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v,x,y);
        root=merge(merge(x,neo(v)),y);
    }

    删除节点(delete)

    按删除节点的权值$v$把树分离成小于$v$,等于$v$,大于$v$三段,然后去掉等于$v$的树的根节点(也就是直接合并根节点的左右子树),然后合并回来。

    inline void delet(int v)
    {
        int x,y,z;
        split(root,v,x,y);
        split(x,v-1,x,z);
        z=merge(ch[z][0],ch[z][1]);
        root=merge(x,merge(z,y));
    }

    查询权值为$k$的节点排名

    按照权值分离然后输出左子树大小$+1$即可。

    inline void kth(int k)
    {
        int x,y;
        split(root,k-1,x,y);
        printf("%d
    ",siz[x]+1);
        root=merge(x,y);
    }

    查询$k$小值

    和其他平衡树一样搜索、递归。

    int rank(int rt,int k)
    {
        if( siz[ch[rt][0]]==k-1 ) return val[rt];
        if( siz[ch[rt][0]]>=k ) return rank(ch[rt][0],k);
        return rank(ch[rt][1],k-siz[ch[rt][0]]-1);
    }

    查询前驱后继

    按权值分离然后查询分离出的子树的最大/最小值就行了。

    inline void prev(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v-1,x,y);
        printf("%d
    ",rank(x,siz[x]));
        root=merge(x,y);
    }
    
    inline void nex(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v,x,y);
        printf("%d
    ",rank(y,1));
        root=merge(x,y);
    }

    可以看出,$FHQ\_Treap$的操作都非常简短,仅仅用了两种核心操作就实现了其他平衡树的能实现的全部功能,非常方便。在绝大多数情况下需要使用平衡树的时候都可以直接用$FHQ\_Treap$,既容易理解又方便实现,而且也很容易$Debug$。

    同时,$FHQ\_Treap$也是支持可持久化的,不过这里就不再赘述(我会告诉你其实我也没写过?)。

    完整模板

    洛谷模板题

    //It is made by HolseLee on 27th Sep 2018
    //Luogu.org P3369
    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    
    const int N=1e5+7;
    int n,root,tot;
    int val[N],ch[N][2],p[N],siz[N];
    
    inline int read()
    {
        char ch=getchar(); int num=0; bool flag=false;
        while( ch<'0' || ch>'9' ) {
            if( ch=='-' ) flag=true; ch=getchar();
        }
        while( ch>='0' && ch<='9' ) {
            num=num*10+ch-'0'; ch=getchar();
        }
        return flag ? -num : num;
    }
    
    inline void pushup(int rt)
    {
        siz[rt]=siz[ch[rt][0]]+siz[ch[rt][1]]+1;
    }
    
    void split(int rt,int k,int &x,int &y)
    {
        if( !rt ) x=y=0;
        else {
            if( val[rt]<=k ) x=rt, split(ch[rt][1],k,ch[rt][1],y);
            else y=rt, split(ch[rt][0],k,x,ch[rt][0]);
            pushup(rt);
        }
    }
    
    int merge(int x,int y)
    {
        if( !x || !y ) return x+y;
        if( p[x]<p[y] ) {
            ch[x][1]=merge(ch[x][1],y); pushup(x);
            return x;
        } else {
            ch[y][0]=merge(x,ch[y][0]); pushup(y);
            return y;
        }
    }
    
    inline int neo(int v)
    {
        val[++tot]=v;
        siz[tot]=1; p[tot]=rand();
        return tot;
    }
    
    inline void insert(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v,x,y);
        root=merge(merge(x,neo(v)),y);
    }
    
    inline void delet(int v)
    {
        int x,y,z;
        split(root,v,x,y);
        split(x,v-1,x,z);
        z=merge(ch[z][0],ch[z][1]);
        root=merge(x,merge(z,y));
    }
    
    inline void kth(int k)
    {
        int x,y;
        split(root,k-1,x,y);
        printf("%d
    ",siz[x]+1);
        root=merge(x,y);
    }
    
    int rank(int rt,int k)
    {
        if( siz[ch[rt][0]]==k-1 ) return val[rt];
        if( siz[ch[rt][0]]>=k ) return rank(ch[rt][0],k);
        return rank(ch[rt][1],k-siz[ch[rt][0]]-1);
    }
    
    inline void prev(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v-1,x,y);
        printf("%d
    ",rank(x,siz[x]));
        root=merge(x,y);
    }
    
    inline void nex(int v)
    {
        int x,y;
        split(root,v,x,y);
        printf("%d
    ",rank(y,1));
        root=merge(x,y);
    }
    
    int main()
    {
        srand(19260817);
        n=read(); int opt;
        for(int i=1; i<=n; ++i) {
            opt=read();
            if( opt==1 ) insert(read());
            else if( opt==2 ) delet(read());
            else if( opt==3 ) kth(read());
            else if( opt==4 ) printf("%d
    ",rank(root,read()));
            else if( opt==5 ) prev(read());
            else nex(read());
        }
        return 0;
    }
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