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 }