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  • ST 表学习

    作用:ST算法是用来求解给定区间RMQ的最值,本文以最小值为例

    举例:

    给出一数组A[0~5] = {5,4,6,10,1,12},则区间[2,5]之间的最值为1。

    方法:ST算法分成两部分:离线预处理 (nlogn)和 在线查询(O(1))。虽然还可以使用线段树、树状链表等求解区间最值,但是ST算法要比它们更快,而且适用于在线查询。

    (1)离线预处理:运用DP思想,用于求解区间最值,并保存到一个二维数组中。

    (2)在线查询:对给定区间进行分割,借助该二维数组求最值

    具体解释:

    (1)离线预处理:

    ST算法使用DP思想求解区间最值,貌似属于区间动态规划,不过区间在增加时,每次并不是增加一个长度,而是使用倍增的思想,每次增加2^i个长度。

    使用F[i,j]表示以i为起点,区间长度为2^j的区间最值,此时区间为[i,i + 2^j - 1]。

    比如,F[0,2]表示区间[0,3]的最小值,即等于4,F[2,2]表示区间[2,5]的最小值,即等于1。

    在求解F[i,j]时,ST算法是先对长度为2^j的区间[i,i + 2^j - 1]分成两等份,每份长度均为2^(j - 1)。之后在分别求解这两个区间的最值F[i,j - 1]和F[i + 2^(j - 1),j - 1]。,最后在结合这两个区间的最值,求出整个区间的最值。特殊情况,当j = 0时,区间长度等于0,即区间中只有一个元素,此时F[i,0]应等于每一个元素的值。


    举例:要求解F[1,2]的值,即求解区间[1,4] = {4,6,10,1}的最小值,此时需要把这个区间分成两个等长的区间,即为[1,2]和[3,4],之后分别求解这两个区间的最小值。此时这两个区间最小值分别对应着F[1,1] 和 F[3,1]的值。

    状态转移方程是 F[i,j] = min(F[i,j - 1],F[i + 2^(j - 1),j - 1])

    初始状态为:F[i,0] = A[i]。

    在根据状态转移方程递推时,是对每一元素,先求区间长度为1的区间最值,之后再求区间长度为2的区间最值,之后再求区间长度为4的区间最值....,最后,对每一个元素,在求解区间长度为log2^n的区间最值后,算法结束,其中n表示元素个数。

    即:先求F[0][1],F[1][1],F[2][1],F[3][1],,,F[n][1],再求.F[0][2],F[1][2],F[2][2],F[3][2],,,F[m][2],... 。

    (2)在线处理:这里我们是已知待查询的区间[x,y],求解其最值。

    在预处理期间,每一个状态对应的区间长度都为2^i。由于给出的待查询区间长度不一定恰好为2^i,因此我们应对待查询的区间进行处理。

    这里我们把待查询的区间分成两个小区间,这两个小区间满足两个条件:(1)这两个小区间要能覆盖整个区间(2)为了利用预处理的结果,要求小区间长度相等且都为2^i。注意两个小区间可能重叠。

    如:待查询的区间为[3,11],先尽量等分两个区间,则先设置为[3,7]和[8,11]。之后再扩大这两个区间,让其长度都等于为2^i。刚划分的两个区间长度分别为5和4,之后继续增加区间长度,直到其成为2^i。此时满足两个条件的最小区间长度为8,此时i = 3。

    在程序计算求解区间长度时,并没有那么麻烦,我们可以直接得到i,即等于直接对区间长度取以2为底的对数。这里,对于区间[3,11],其分解的区间长度为int(log(11 - 3 + 1)) = 3,这里log是以2为底的。

    根据上述思想,可以把待查询区间[x,y]分成两个小区间[x,x + 2^i - 1] 和 [y - 2^i + 1,y] ,其又分别对应着F[x,i]和F[y - 2^i + 1,i],此时为了求解整个区间的最小值,我们只需求这两个值得最小值即可,此时复杂度是O(1)。

    转载(http://blog.csdn.net/insistgogo/article/details/9929103)

     1 #include<algorithm>
     2 #include<iostream>
     3 #include<cstdlib>
     4 #include<cstring>
     5 #include<cstdio>
     6 #include<cmath>
     7 #include<queue>
     8 using namespace std;
     9 
    10 #define N 2000
    11 
    12 int stmax[N][20],stmin[N][20],mn[N];
    13 int a[N];
    14 
    15 int t,q,n;
    16 int x,y;
    17 
    18 void init()
    19 {
    20     mn[0]=-1;
    21     for (int i=1;i<=n;i++)
    22     {
    23         mn[i]=((i & (i-1))==0) ? mn[i-1]+1 : mn[i-1];
    24         stmax[i][0]=stmin[i][0]=a[i];
    25     }
    26     for (int j=1;j<=mn[n];j++)
    27         for (int i=1;i+(1<<j)-1<=n;i++)
    28         {
    29             stmax[i][j]=max(stmax[i][j-1],stmax[i+(1<<(j-1))][j-1]);
    30             stmin[i][j]=min(stmin[i][j-1],stmin[i+(1<<(j-1))][j-1]);
    31         }
    32 }
    33 
    34 int rmq_max(int L,int R)
    35 {
    36     int k=mn[R-L+1];
    37     return max(stmax[L][k],stmax[R-(1<<k)+1][k]);
    38 }
    39 
    40 int rmq_min(int L,int R)
    41 {
    42     int k=mn[R-L+1];
    43     return min(stmin[L][k],stmin[R-(1<<k)+1][k]);
    44 }
    45 
    46 int main()
    47 {
    48     scanf("%d",&t);
    49     while (t--)
    50     {
    51         scanf("%d",&n);
    52         for (int i=1;i<=n;i++)
    53             scanf("%d",&a[i]);
    54         init();
    55         scanf("%d",&q);
    56         while (q--)
    57         {
    58             scanf("%d%d",&x,&y);
    59             printf("%d %d
    ",rmq_max(x,y),rmq_min(x,y));
    60         }
    61     }
    62     return 0;
    63 }
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/suishiguang/p/6076268.html
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