zoukankan      html  css  js  c++  java
  • [学习笔记] 可持久化线段树&主席树

    众所周知,线段树是一个非常好用也好写的数据结构,

    因此,我们今天的前置技能:线段树.

    然而,可持久化到底是什么东西?

    别急,我们一步一步来...

    step 1

    首先,一道简化的模型:

    给定一个长度为(n)的序列,(m)个操作,支持两种操作:

    • 修改某个点(i)的权值
    • 查询历史上某个版本(u)中点(i)的权值

    同时,每个操作都会生成一个新的版本(也就是说修改是改的一个新的版本,而查询是直接(copy)上一个版本.

    那么,暴力的做法来了:

    直接维护(m)棵线段树,先(copy)一遍,再直接修改/查询.

    然而时间空间都得炸啊啊啊

    别急,让我们仔细想想...

    首先,我们考虑一下每次修改会发生什么(看图):

    (其中修改的是6号节点,红色是经过的路径),

    我们可以发现,每次修改都只改了一条链.

    也就是说,对于上一个版本,就只有一条链不一样(查询就是一模一样了).

    因此,对于上一个版本中一样的其他的链,我们就可以直接沿用.

    比如说,上一个版本长这样:

    而沿用后的图就长这样选点时的随意导致了图片的丑陋:

    那么,我们就只需要在更新版本时,新建一个根节点(rt[i]),

    并且只需要新建修改的那条链,其他的沿用上一个版本的就行了.

    代码也很简单:

    void update(int &k/*动态加的点(当前节点)*/,int p/*沿用的点,即上个版本中这个位置的节点编号*/,int l,int r,int pla/*修改的元素位置*/,int x/*修改的权值*/){
    	k=++tot;t[k]=t[p];//先copy一波
    	if(l==r){t[k].val=x;return ;}
    	int mid=(l+r)>>1;//这里就和线段树一样了
    	if(pla<=mid) update(t[k].l,t[p].l,l,mid,pla,x);
    	else update(t[k].r,t[p].r,mid+1,r,pla,x);
    }
    

    顺便把建树和询问也贴上来吧(其实和线段树一样):

    void build(int &x,int l,int r){
    	x=++tot;
    	if(l==r){t[x].val=a[l];return ;}
    	int mid=(l+r)>>1;
    	build(t[x].l,l,mid);build(t[x].r,mid+1,r);
    }
    
    int query(int p,int l,int r,int x){
    	if(l==r) return t[p].val;
    	int mid=(l+r)>>1;
    	if(x<=mid) return query(t[p].l,l,mid,x);
    	else return query(t[p].r,mid+1,r,x);
    }
    

    到这里,一个简单的模板就结束啦.

    例题:[模板]可持久化数组

    这题就和模板一模一样,

    在叶子节点记录权值,每次单点修改即可.

    注意一下,询问是复制的询问的那个版本(不是上一个)因为这个调了好久qwq

    上完整代码吧其实都在上面了~:

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    
    inline int read(){
    	int sum=0,f=1;char c=getchar();
    	while(c>'9'||c<'0'){if(c=='-') f=-1;c=getchar();}
    	while(c<='9'&&c>='0'){sum=sum*10+c-'0';c=getchar();}
    	return sum*f;
    }
    
    const int MX=1000005;
    struct tree{int l,r,val;}t[MX*30];
    int n,m,a[MX];
    int rt[MX],tot=0;
    
    void build(int &x,int l,int r){
    	x=++tot;
    	if(l==r){t[x].val=a[l];return ;}
    	int mid=(l+r)>>1;
    	build(t[x].l,l,mid);build(t[x].r,mid+1,r);
    }
    
    void update(int &k,int p,int l,int r,int pla,int x){
    	k=++tot;t[k]=t[p];
    	if(l==r){t[k].val=x;return ;}
    	int mid=(l+r)>>1;
    	if(pla<=mid) update(t[k].l,t[p].l,l,mid,pla,x);
    	else update(t[k].r,t[p].r,mid+1,r,pla,x);
    }
    
    int query(int p,int l,int r,int x){
    	if(l==r) return t[p].val;
    	int mid=(l+r)>>1;
    	if(x<=mid) return query(t[p].l,l,mid,x);
    	else return query(t[p].r,mid+1,r,x);
    }
    
    int main(){
    	n=read();m=read();
    	for(int i=1;i<=n;i++) a[i]=read();
    	build(rt[0],1,n);
    	for(int i=1;i<=m;i++){
    		int tt=read(),opt=read(),pla=read();
    		if(opt==1){int x=read();update(rt[i],rt[tt],1,n,pla,x);}
    		else if(opt==2){printf("%d
    ",query(rt[tt],1,n,pla));rt[i]=rt[tt];}
    	}
    	return 0;
    }
    
    

    step 2

    接下来,就是我们喜闻乐见的主席树了(话说有哪位(dalao)能告诉我为什么叫这名字?).

    我们以一道模板题开始吧:[模板]可持久化线段树 1(主席树)

    给出一个长度为(n)的序列,(m)个询问,每次询问区间([l,r])中第(k)小的数.

    这题暴力很好写吧(然而我们并不满足于暴力).

    我们还是一步步来,

    首先,先考虑下如果是区间([1,n])的第(k)小该怎么做:

    这时候,我们可以考虑到权值线段树.

    将原序列离散化,再建一棵线段树,

    但这个线段树维护的区间并不是序列的区间,

    而是权值的区间.

    比如说区间([l,r]),其实指的是离散化后的权值(l)~(r),

    也就是第(l)大到第(r)大.

    还是举个栗子吧:

    假设我们现在有一个序列(a):1,3,3,5,5,5,8,8,8,8.

    那么离散化以后就是:1,2,2,3,3,3,4,4,4,4.

    然后我们再建一棵权值线段树:

    其中黑色的代表节点编号,红色的代表权值区间,

    而蓝色的是接下来我们要讲的每个节点维护的一个值:(cnt).

    这个(cnt)表示的是当前节点的权值区间内有几个节点.

    听不懂?没关系我们接着看:

    当我们讲第一个元素(在离散化后就是(1))插入以后,树就变成了这样:

    所有权值区间包括(1)(cnt)都加了(1).

    而当我们将所有数都插进去后,树就成了这样:

    于是,我们就可以清楚地看到,在序列中,权值在区间([l,r])的数有多少个.

    插入的代码如下:

    int update(int p/*节点编号*/,int l,int r/*l,r为权值区间*/,int k/*插入的权值*/){
        int x=++tot;t[x]=t[p];t[x].cnt++;
        if(l==r) return x;
        int mid=(l+r)>>1;
        if(k<=mid) t[x].l=build(t[p].l,l,mid,k);
        else t[x].r=build(t[p].r,mid+1,r,k);
        return x;
    }
    

    然后我们在求第(k)小时,先与左子树的(cnt)比较,

    (k<=cnt),那答案就在左子树的权值区间里,

    否则,将(k)减去(cnt),再在右子树里找,

    一直到最底层就行了.

    查询代码如下:

    int query(int p/*当前节点*/,int l,int r,int k/*第k小*/){
    	if(l==r) return l;
    	int mid=(l+r)>>1;
    	if(k<=t[t[p].l].cnt) return query(t[p].l,l,mid,k);
    	else return query(t[p].r,mid+1,r,k-t[t[p].l].cnt);
    }
    

    那么接下来,我们来考虑区间([l,r])的第(k)小:

    仔细想想,其实我们可以用前缀和的思想,

    一个权值为(x)的数在(1)~(l-1)中出现了(a)次,

    (1)~(r)中出现了(b)次,

    那么它在区间([l,r])中就出现了(a-b)次.

    因此,我们可以对每个区间([1,i],iin [1,n])建一颗权值线段树,

    在查询时,用前缀和的思想计算(cnt),再查找就行啦.

    然而到这里就结束了吗?

    我们注意到,对于区间([1,i])的权值线段树,

    与区间([1,i-1])比起来仅仅是多插入了一个(i)的权值而已.

    想到了什么? 可持久化线段树!

    没错,我们可以像可持久化线段树一样,

    沿用相同的节点,只新建需要更新的一条链就行了.

    贴上新的询问代码:

    int query(int L/*区间[1,l-1]的节点*/,int R/*区间[1,r]的节点*/,int l,int r,int k/*第k小*/){
        if(l==r) return l;
        int mid=(l+r)>>1,sum=t[t[R].l].cnt-t[t[L].l].cnt;//前缀和
        if(sum>=k) return ask(t[L].l,t[R].l,l,mid,k);
        else return ask(t[L].r,t[R].r,mid+1,r,k-sum);	
    }
    

    到这里,主席树就讲完啦.

    上完整代码吧:

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <algorithm>
    using namespace std;
    
    inline int read(){
        int sum=0,f=1;char c=getchar();
        while(c<'0'||c>'9'){if(c=='-') f=-1;c=getchar();}
        while(c>='0'&&c<='9'){sum=sum*10+c-'0';c=getchar();}
        return sum*f;
    }
    
    struct tree{int cnt,l,r;}t[5000001];
    int n,m,a[1000001],c[1000001];
    int rt[500001],tot=0;
    
    int build(int p,int l,int r,int k){
        int x=++tot;
        t[x]=t[p];t[x].cnt++;
        if(l==r) return x;
        int mid=(l+r)>>1;
        if(k<=mid) t[x].l=build(t[p].l,l,mid,k);
        else t[x].r=build(t[p].r,mid+1,r,k);
        return x;
    }
    
    int ask(int L,int R,int l,int r,int k){
        if(l==r) return l;
        int mid=(l+r)>>1,sum=t[t[R].l].cnt-t[t[L].l].cnt;
        if(sum>=k) return ask(t[L].l,t[R].l,l,mid,k);
        else return ask(t[L].r,t[R].r,mid+1,r,k-sum);	
    }
    
    int main(){
        n=read();m=read();
        for(int i=1;i<=n;i++) a[i]=read();
        memcpy(c,a,sizeof(c));sort(c+1,c+n+1);
        int T=unique(c+1,c+n+1)-c-1;
        for(int i=1;i<=n;i++) a[i]=lower_bound(c+1,c+T+1,a[i])-c;
        for(int i=1;i<=n;i++) rt[i]=build(rt[i-1],1,T,a[i]);
        for(int i=1;i<=m;i++){
            int l=read(),r=read(),k=read();
            printf("%d
    ",c[ask(rt[l-1],rt[r],1,T,k)]);
        }
        return 0;
    }
    
    

    以后可能还会更新(埋个坑在这)...

    step 3

    还真的更新了...

    之前,我们讲了可持久化线段树的单点修改对吧.

    然而,区间修改去哪了?

    但是我们仔细想想,

    对于每个版本的线段树,

    它们是共用了一些节点,

    所以在(pushdown) (tag)的时候,就会出锅...(自己(yy)一下就清楚了)

    因此,我们有了一种新的操作——标记永久化.

    将一个点的(tag)一直存下来,在询问的时候直接加上去.

    而在修改的时候,只要被区间覆盖到,就要新建节点.

    并且,还要一边切割需要修改的区间(这个等下看代码吧),

    一直到完全重合时再返回.

    来上修改和查询的代码吧:

    int update(int p,int l,int r,int d){
    	int x=++tot;t[x]=t[p];
    	t[x].sum+=(r-l+1)*d;
    	if(t[x].l==l&&t[x].r==r){//完全重合时返回
    		t[x].tag+=d;return x;
    	}
    	int mid=(t[x].l+t[x].r)>>1;
    	if(r<=mid) t[x].ls=update(t[p].ls,l,r,d);//把要修改的区间切一下
    	else if(l>mid) t[x].rs=update(t[p].rs,l,r,d);
    	else t[x].ls=update(t[p].ls,l,mid,d),t[x].rs=update(t[p].rs,mid+1,r,d);
    	return x;
    }
    
    ll ask(int p,int ad/*一路加上的tag*/,int l,int r){
    	if(t[p].l==l&&t[p].r==r){
    		return (r-l+1)*ad/*别忘了tag*/+t[p].sum;
    	}
    	int mid=(t[p].l+t[p].r)>>1;
    	if(r<=mid) return ask(t[p].ls,ad+t[p].tag,l,r);
    	else if(l>mid) return ask(t[p].rs,ad+t[p].tag,l,r);
    	else return ask(t[p].ls,ad+t[p].tag,l,mid)+ask(t[p].rs,ad+t[p].tag,mid+1,r);
    }
    

    接下来,让我们来看道例题吧:洛谷SP11470 TTM - To the moon

    这题就是标记永久化的板子了.

    看代码吧:

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #define ll long long
    using namespace std;
    
    inline int read(){
    	int sum=0,f=1;char c=getchar();
    	while(c<'0'||c>'9'){if(c=='-') f=-1;c=getchar();}
    	while(c>='0'&&c<='9'){sum=sum*10+c-'0';c=getchar();}
    	return sum*f;
    }
    
    struct tree{int l,r,ls,rs;ll sum,tag;}t[2000021];
    int n,m,a[500001];
    int tt=0,tot=0,rt[500001];
    
    inline void pushup(int p){
    	t[p].sum=t[t[p].ls].sum+t[t[p].rs].sum;
    }
    
    inline void build(int &p,int l,int r){
    	p=++tot;t[p].l=l;t[p].r=r;
    	if(l==r){t[p].sum=a[l];return ;}
    	int mid=(l+r)>>1;
    	build(t[p].ls,l,mid);build(t[p].rs,mid+1,r);
    	pushup(p);
    }
    
    int update(int p,int l,int r,int d){
    	int x=++tot;t[x]=t[p];
    	t[x].sum+=(r-l+1)*d;
    	if(t[x].l==l&&t[x].r==r){
    		t[x].tag+=d;return x;
    	}
    	int mid=(t[x].l+t[x].r)>>1;
    	if(r<=mid) t[x].ls=update(t[p].ls,l,r,d);
    	else if(l>mid) t[x].rs=update(t[p].rs,l,r,d);
    	else t[x].ls=update(t[p].ls,l,mid,d),t[x].rs=update(t[p].rs,mid+1,r,d);
    	return x;
    }
    
    ll ask(int p,int ad,int l,int r){
    	if(t[p].l==l&&t[p].r==r){
    		return (r-l+1)*ad+t[p].sum;
    	}
    	int mid=(t[p].l+t[p].r)>>1;
    	if(r<=mid) return ask(t[p].ls,ad+t[p].tag,l,r);
    	else if(l>mid) return ask(t[p].rs,ad+t[p].tag,l,r);
    	else return ask(t[p].ls,ad+t[p].tag,l,mid)+ask(t[p].rs,ad+t[p].tag,mid+1,r);
    }
    
    inline void change(){
    	int l=read(),r=read(),d=read();
    	rt[tt+1]=update(rt[tt],l,r,d);tt++;
    }
    
    inline void query(int x){
    	int l=read(),r=read(),opt=(x? read():tt);
    	printf("%lld
    ",ask(rt[opt],0,l,r));
    }
    
    inline void back(int x){
    	tt=x;tot=rt[x+1]-1;
    }
    
    int main(){
    	n=read();m=read();
    	for(int i=1;i<=n;i++) a[i]=read();
    	build(rt[0],1,n);
    	for(int i=1;i<=m;i++){
    		char opt[5];cin>>opt;
    		if(opt[0]=='C') change();
    		else if(opt[0]=='Q') query(0);
    		else if(opt[0]=='H'){query(1);}
    		else if(opt[0]=='B'){int x=read();back(x);}
    	}
    	return 0;
    }
    
  • 相关阅读:
    从另一个角度看奋斗史——01.小人之为
    出差!出差!!又是烦人的出差!!!奋斗史无奈暂缓更新~
    出差!出差!!又是烦人的出差!!!奋斗史无奈暂缓更新~
    从另一个角度看奋斗史——01.小人之为
    《那些年啊,那些事——一个程序员的奋斗史》——124
    出差!出差!!又是烦人的出差!!!奋斗史无奈暂缓更新~
    《那些年啊,那些事——一个程序员的奋斗史》——123
    《那些年啊,那些事——一个程序员的奋斗史》——123
    《那些年啊,那些事——一个程序员的奋斗史》——124
    TSINGSEE研发的RTMP视频推流网关是什么?如何使用?
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zsq259/p/10975990.html
Copyright © 2011-2022 走看看