RMQ(space table算法)
/* RMQ(Range Minimum/Maximum Query)问题: RMQ问题是求给定区间中的最值问题。当然,最简单的算法是O(n)的,但是对于查询次数很多(设置多大100万次),O(n)的算法效率不够。可以用线段树将算法优化到O(logn)(在线段树中保存线段的最值)。不过,Sparse_Table算法才是最好的:它可以在O(nlogn)的预处理以后实现O(1)的查询效率。下面把Sparse Table算法分成预处理和查询两部分来说明(以求最小值为例)。 预处理: 预处理使用DP的思想,f(i, j)表示[i, i+2^j - 1]区间中的最小值,我们可以开辟一个数组专门来保存f(i, j)的值。 例如,f(0, 0)表示[0,0]之间的最小值,就是num[0], f(0, 2)表示[0, 3]之间的最小值, f(2, 4)表示[2, 17]之间的最小值 注意, 因为f(i, j)可以由f(i, j - 1)和f(i+2^(j-1), j-1)导出, 而递推的初值(所有的f(i, 0) = i)都是已知的 所以我们可以采用自底向上的算法递推地给出所有符合条件的f(i, j)的值。 查询: 假设要查询从m到n这一段的最小值, 那么我们先求出一个最大的k, 使得k满足2^k <= (n - m + 1). 于是我们就可以把[m, n]分成两个(部分重叠的)长度为2^k的区间: [m, m+2^k-1], [n-2^k+1, n]; 而我们之前已经求出了f(m, k)为[m, m+2^k-1]的最小值, f(n-2^k+1, k)为[n-2^k+1, n]的最小值 我们只要返回其中更小的那个, 就是我们想要的答案, 这个算法的时间复杂度是O(1)的. 例如, rmq(0, 11) = min(f(0, 3), f(4, 3)) */ #include<iostream> #include<cmath> using namespace std; #define MAXN 1000000 #define mmin(a, b) ((a)<=(b)?(a):(b)) #define mmax(a, b) ((a)>=(b)?(a):(b)) int num[MAXN]; int f1[MAXN][100]; int f2[MAXN][100]; //sparse table算法 void st(int n) { int i, j, k, m; k = (int) (log((double)n) / log(2.0)); for(i = 0; i < n; i++) { f1[i][0] = num[i]; //递推的初值 f2[i][0] = num[i]; } for(j = 1; j <= k; j++) { //自底向上递推 for(i = 0; i + (1 << j) - 1 < n; i++) { m = i + (1 << (j - 1)); //求出中间的那个值 f1[i][j] = mmax(f1[i][j-1], f1[m][j-1]); f2[i][j] = mmin(f2[i][j-1], f2[m][j-1]); } } } //查询i和j之间的最值,注意i是从0开始的 void rmq(int i, int j) { int k = (int)(log(double(j-i+1)) / log(2.0)), t1, t2; //用对2去对数的方法求出k t1 = mmax(f1[i][k], f1[j - (1<<k) + 1][k]); t2 = mmin(f2[i][k], f2[j - (1<<k) + 1][k]); printf("%d\n",t1 - t2); } int main() { int i,N,Q,A,B; scanf("%d %d", &N, &Q); for (i = 0; i < N; ++i) { scanf("%d", num+i); } st(N); //初始化 while(Q--) { scanf("%d %d",&A,&B); rmq(A-1, B-1); } return 0; }
LCA(tarjan算法)
#include <iostream> #include <vector> #include <cstdio> #include <cstring> using namespace std; #pragma warning(disable : 4996) const int MAX = 10005; int father[MAX];//表示x的父节点 int ranks[MAX];//表示x的秩 int indegree[MAX];//保存每个节点的入度 bool visited[MAX];//标记访问 vector<int> tree[MAX], Ques[MAX]; int ancestor[MAX]; void init(int n) { for(int i = 1; i <= n; i++) { ranks[i] = 1; father[i] = i; indegree[i] = 0; visited[i] = false; ancestor[i] = 0; tree[i].clear(); Ques[i].clear(); } } int find(int x) { if(x != father[x]) { father[x] = find(father[x]); } return father[x]; }//查找函数,并压缩路径 void Union(int x, int y) { x = find(x); y = find(y); if(x == y) { return; } else if(ranks[x] <= ranks[y]) { father[x] = y; ranks[y] += ranks[x]; } else { father[y] = x; ranks[x] += ranks[y]; } }//合并函数 void LCA(int u) { int size; ancestor[u] = u; size = tree[u].size(); for(int i = 0; i < size; i++) { LCA(tree[u][i]); Union(u, tree[u][i]); ancestor[find(u)] = u; } visited[u] = true; size = Ques[u].size(); for(int i = 0; i < size; i++) { //如果已经访问了问题节点,就可以返回结果了. if(visited[Ques[u][i]]) { printf("%d\n", ancestor[find(Ques[u][i])]); return; } } } int main() { freopen("in.txt", "r", stdin); int cnt, n, x, y; scanf("%d", &cnt); while(cnt--) { scanf("%d", &n); init(n); for(int i = 1; i < n; i++) { scanf("%d %d", &x, &y); tree[x].push_back(y); indegree[y]++; } //这里可以输入多组询问 scanf("%d %d", &x, &y); //相当于询问两次 Ques[x].push_back(y); Ques[y].push_back(x); for(int i = 1; i <= n; i++) { //寻找根节点 if(indegree[i] == 0) { LCA(i); break; } } } return 0; } 邻接表实现: #include <iostream> #include <cstdio> #include <cstring> using namespace std; #pragma warning(disable : 4996) const int MAXN = 40002; typedef struct Edge { int v; int w; int next; }Edge; int cnt, edge_head[MAXN], ask_head[MAXN]; int father[MAXN], dist[MAXN], ans[201]; bool visited[MAXN]; Edge edge[2 * MAXN], ask[404]; int find(int x) { if (x != father[x]) { father[x] = find(father[x]); } return father[x]; } void add_edge(int x, int y, int z) { edge[cnt].v = y; edge[cnt].w = z; edge[cnt].next = edge_head[x]; edge_head[x] = cnt++; } void add_ask(int x, int y, int cast) { ask[cnt].v = y; ask[cnt].w = cast; ask[cnt].next = ask_head[x]; ask_head[x] = cnt++; } void Tarjan(int k) { visited[k] = true; for (int i = ask_head[k]; i != 0; i = ask[i].next) { if (visited[ask[i].v]) { ans[ask[i].w] = dist[ask[i].v] + dist[k] - 2 * dist[find(ask[i].v)]; } } for (int i = edge_head[k]; i != 0; i = edge[i].next) { if (!visited[edge[i].v]) { dist[edge[i].v] = dist[k] + edge[i].w; Tarjan(edge[i].v); edge[i].v = find(edge[i].v); father[edge[i].v] = k; } } } int main() { freopen("in.txt", "r", stdin); int i, m, n; int x, y, z; int t; scanf("%d", &t); while (t--) { scanf("%d %d", &n, &m); for (i = 1; i <= n; i++) { edge_head[i] = ask_head[i] = 0; father[i] = i; visited[i] = false; } cnt = 1; for (i = 1; i < n; i++) { scanf("%d%d%d", &x, &y, &z); add_edge(x, y, z); add_edge(y, x, z); } cnt = 1; for (i = 1; i <= m; i++) { scanf("%d%d", &x, &y); add_ask(x, y, i); add_ask(y, x, i); } dist[1] = 0; Tarjan(1); for (i = 1; i <= m; i++) printf("%d\n", ans[i]); } return 0; }
另附一个个人感觉比较好的模版,主要是实用性强。
/* *算法引入: *树上两点的最近公共祖先; *对于有根树的两个结点u,v,最近公共祖先LCA(T,u,v)表示一个结点x,满足x是u,v的祖先且x的深度尽可能大; *对于x来说,从u到v的路径一定经过点x; * *算法思想: *Tarjan_LCA离线算法; *Tarjan算法基于dfs的框架,对于新搜到的一个结点,首先创建由这个结点构成的集合,再对当前结点的每个子树进行搜索; *每搜索完一棵子树,则可确定子树内的LCA询问都已解决,其他的LCA询问的结果必然在这个子树之外; *这时把子树所形成的集合与当前结点的集合合并,并将当前结点设为这个集合的祖先; *之后继续搜索下一棵子树,直到当前结点的所有子树搜完; * *这时把当前结点也设为已被检查过的,同时可以处理有关当前结点的LCA询问; *如果有一个从当前结点到结点v的询问,且v已经被检查过; *则由于进行的是dfs,当前结点与v的最近公共祖先一定还没有被检查; *而这个最近公共祖先的包含v的子树一定已经搜索过了,那么这个最近公共祖先一定是v所在集合的祖先; * *算法步骤: *对于每一个结点: *(1)建立以u为代表元素的集合; *(2)遍历与u相连的结点v,如果没有被访问过,对于v使用Tarjan_LCA算法,结束后将v的集合并入u的集合; *(3)对于与u有关的询问(u,v),如果v被访问过,则结果就是v所在集合的代表元素; * *算法示例: *HDU2586(How far away?) * *题目大意: *求树上任两点间的距离; * *算法思想: *先dfs一遍,求出到根节点的dis; *对于某个询问,求u和v的lca,然后res[i]=d[u]+d[v]-2*d[lca(u,v)]; * **/ #include<iostream> #include<cstdio> #include<cstring> #include<cmath> #include<algorithm> using namespace std; #pragma warning(disable : 4996) const int MAXN = 40004; int father[MAXN]; int head[MAXN*2]; int qhead[MAXN];//询问 bool visited[MAXN]; int dist[MAXN]; int ans[MAXN]; typedef struct node { int to; int w; int next; int lca; }node; node edge[MAXN*2]; node qedge[MAXN];//询问边 int n,m; int cnt1, cnt2; void Addedge(int u, int v, int w) { edge[cnt1].w = w; edge[cnt1].to = v; edge[cnt1].next = head[u]; head[u] = cnt1; cnt1++; edge[cnt1].w = w; edge[cnt1].to = u; edge[cnt1].next = head[v]; head[v] = cnt1; cnt1++; } void Addqedge(int u, int v) { qedge[cnt2].to = v; qedge[cnt2].next = qhead[u]; qhead[u] = cnt2; cnt2++; /*qedge[cnt2].to=u; qedge[cnt2].next=qhead[v]; qhead[v]=cnt2; cnt2++;*/ } void dfs(int u, int f, int w) { dist[u] = w; for(int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next) { int v = edge[i].to; if(v == f) { continue; } dfs(v, u, w + edge[i].w); } } int Find(int x) { if(x != father[x]) { father[x] = Find(father[x]); } return father[x]; } void Tarjan_LCA(int u)//离线LCA算法 { father[u] = u; visited[u] = true; for(int i = head[u]; i != -1; i = edge[i].next) { if(!visited[edge[i].to]) { Tarjan_LCA(edge[i].to); father[edge[i].to] = u; } } for(int i = qhead[u]; i != -1; i = qedge[i].next) { if(visited[qedge[i].to]) { qedge[i].lca = Find(qedge[i].to); //printf("%d和%d的最近公共祖先为: %d\n",u,qedge[i].to,qedge[i].lca); ans[i] = dist[u] + dist[qedge[i].to] - 2 * dist[qedge[i].lca]; // qedge[i+1].lca=qedge[i].lca; } } } void init() { for(int i = 0; i <= n; i++) { father[i] = i; head[i] = -1; qhead[i] = -1; visited[i] = false; } cnt1 = cnt2 = 0; int u, v, w; for(int i = 1; i < n; i++) { scanf("%d %d %d", &u, &v, &w); Addedge(u, v, w); } for(int i = 0; i < m; i++) { scanf("%d %d", &u, &v); Addqedge(u, v); } dfs(1, 0, 0); Tarjan_LCA(1); } int main() { freopen("in.txt", "r", stdin); int t; scanf("%d", &t); while(t--) { scanf("%d %d", &n, &m); init(); for(int i = 0; i < m; i++) { printf("%lld\n", ans[i]); } } return 0; }