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  • 数据结构之区间K大数

    求区间的问题有很多类,虽然前人有很多讲解了;

    但是我在这里在普及一下,算是自己的一种复习吧。

    1.静态询问一个区间的的第k大数,比如询问[l,r] k大数。虽然主席树可以处理,但是这类问题应该是划分树最合适的地方。

    划分树---

                 实际上是利用大概一种类似快排的思想 来求解第K大数。

           

                       建树

    建树的过程比较简单,对于区间[l,r],首先通过对原数组的排序找到这个区间的中位数a[mid],小于a[mid]的数划入他的左子树[l,mid-1],大于它的划入右子树[mid,r]。同时,对于第i个数,记录在[l,i]区间内有多少数被划入左子树。最后,对它的左子树区间[l,mid-1]和右子树区间[mid,r]递归的继续建树就可以了。
    建树的时候要注意对于被分到同一子树的元素,元素间的相对位置不能改变。
                      查找

    查找的过程中主要问题就是确定将要查找的区间。这个问题有些麻烦。

    先看一下查找过程tree_find.他的定义如下:
    查找深度为h,在大区间[st,ed]中找小区间[s,e]中的第k元素。
    再看看他是如何工作的。我们的想法是,先判断[s,e]中第k元素在[st,ed]的哪个子树中,然后找出对应的小区间和k,递归的进行查找,直到小区间的s=e为止。
    那如何解决这个问题呢?这时候前面记录的进入左子树的元素个数就派上用场了。通过之前的记录可以知道,在区间[st,s-1]中有el[h,s-1]进入左子树,记它为l。同理区间[st,e]中有el[h,e]个数进去左子树,记它为r。所以,我们知道区间小区间[s,e]中有(r-l)个数进入左子树。那么如果(r-l)>=k,那么就在左子树中继续查找,否则就在右子树中继续查找。
    接着解决查找的小区间的问题。
    如果接下来要查找的是左子树,那么小区间应该是[st+([st,s-1]区间进入左子树的个数),st+([st,e]区间内进入左子树的个数)-1],即区间[st+l,st+r-1]。显然,这里k不用变。
    如果接下来要查找的是右子树,那么小区间应该是[mid+([st,s-1]区间中进入右子树的个数),mid+([st,e]区间进入右子树的个数)-1]。即区间[mid+(s-st-l),mid+(e-st-r)]。显然,这里k要减去区间里已经进入左子树的个数,即k变为k-(r-l)。
    于是递归继续查找直到s=e即可。

    来自百度百科
    比较局限
     1 #include <iostream>
     2 #include <cstdio>
     3 #include <algorithm>
     4 using namespace std;
     5 #define N 100005
     6 int a[N], as[N];//原数组,排序后数组
     7 int n, m;
     8 int sum[20][N];//记录第i层的1~j划分到左子树的元素个数(包括j)
     9 int tree[20][N];//记录第i层元素序列
    10 
    11 void build(int c, int l, int r){
    12     int i, mid = (l + r) >> 1, lm = mid - l + 1, lp = l, rp = mid + 1;
    13     for (i = l; i <= mid; i++){
    14         if (as[i] < as[mid]){
    15             lm--;//先假设左边的(mid - l + 1)个数都等于as[mid],然后把实际上小于as[mid]的减去
    16         }
    17     }
    18     for (i = l; i <= r; i++){
    19         if (i == l){
    20             sum[c][i] = 0;//sum[i]表示[l, i]内有多少个数分到左边,用DP来维护
    21         }else{
    22             sum[c][i] = sum[c][i - 1];
    23         }
    24         if (tree[c][i] == as[mid]){
    25             if (lm){
    26                 lm--;
    27                 sum[c][i]++;
    28                 tree[c + 1][lp++] = tree[c][i];
    29             }else
    30                 tree[c + 1][rp++] = tree[c][i];
    31         } else if (tree[c][i] < as[mid]){
    32             sum[c][i]++;
    33             tree[c + 1][lp++] = tree[c][i];
    34         } else{
    35             tree[c + 1][rp++] = tree[c][i];
    36         }
    37     }
    38     if (l == r)return;
    39     build(c + 1, l, mid);
    40     build(c + 1, mid + 1, r);
    41 }
    42 
    43 int query(int c, int l, int r, int ql, int qr, int k){
    44     int s;//[l, ql)内将被划分到左子树的元素数目
    45     int ss;//[ql, qr]内将被划分到左子树的元素数目
    46     int mid = (l + r) >> 1;
    47     if (l == r){
    48         return tree[c][l];
    49     }
    50     if (l == ql){//这里要特殊处理!
    51     s = 0;
    52     ss = sum[c][qr];
    53     }else{
    54         s = sum[c][ql - 1];
    55         ss = sum[c][qr] - s;
    56     }//假设要在区间[l,r]中查找第k大元素,t为当前节点,lch,rch为左右孩子,left,mid为节点t左边界和中间点。
    57     if (k <= ss){//sum[r]-sum[l-1]>=k,查找lch[t],区间对应为[ left+sum[l-1], left+sum[r]-1 ]
    58         return query(c + 1, l, mid, l + s, l + s + ss - 1, k);
    59     }else{//sum[r]-sum[l-1]<k,查找rch[t],区间对应为[ mid+1+l-left-sum[l-1], mid+1+r-left-sum[r] ]
    60         return query(c + 1, mid + 1, r, mid - l + 1 + ql - s, mid - l + 1 + qr - s - ss,k - ss);
    61     }
    62 }
    63 
    64 int main(){
    65     int i, j, k;
    66     while(~scanf("%d%d", &n, &m)){
    67         for (i = 1; i <= n; i++){
    68             scanf("%d", &a[i]);
    69             tree[0][i] = as[i] = a[i];
    70         }
    71         sort(as + 1, as + 1 + n);
    72         build(0, 1, n);
    73         while(m--){
    74             scanf("%d%d%d",&i,&j,&k);// i,j分别为区间起始点,k为该区间第k大的数。
    75             printf("%d
    ", query(0, 1, n, i, j, k));
    76         }
    77     }
    78     return 0;
    79 }
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