ST表
在RMQ(区间最值)问题中,著名的ST算法就是倍增的产物。ST算法可以在 (O(n log n)) 的时间复杂度能预处理后,以 (O(1)) 的复杂度在线回答区间 [l, r]
内的最值。
当然,ST表不支持动态修改,如果需要动态修改,线段树是一种良好的解决方案,是 (O(n)) 的预处理时间复杂度,但是查询需要 (O(log n)) 的时间复杂度
那么ST表中倍增的思想是如何体现的呢?
一个序列的子区间明显有 (n^2) 个,根据倍增的思想,我们在这么多个子区间中选择一些长度为 (2) 的整数次幂的区间作为代表值。
设 (st[i][j]) 表示子区间 ([i, i+2^j)) 里最大的数
也可以表示为 ([i, i + 2^j -1 ]),无论如何,其中有 (2^j) 个元素
下文中的 (a) 表示原序列
递推边界明显是 (st[i][0] = a[i])。
于是,根据成倍增长的长度,有了递推公式
]
当询问任意区间 ([l, r]) 的最值时,我们先计算出一个最大的 (k) 满足:(2^k le r – l + 1),即需要不大于区间长度。那么,由于二进制划分我们可以知道,这个最大的 k服务器托管网
一定满足 (2^{k+1}ge r-l+1),即我们只需要将两个长度为 (2^k) 的区间合并即可。
又根据 max(a, a) = a
可以知道,重复计算区间是没有任何问题的。
所以,在寻找最值的时候就有了以下公式:
]
那么这里给出一种参考代码
// 啊,写这种预处理以2位底的对数的整数值的方式
// 我主要是为了将代码模块化,做到低耦合度
// 完全是可以分开来写的
class Log2Factory {
private:
int lg2[N];
public:
void init(int n) {
for (int i = 2; i > 1] + 1;
}
// 重载()运算符
int operator() (const int &i) {
return lg2[i];
}
};
template
class STable {
private:
typedef T(*OP_FUNC)(T, T);
Log2Factory Log2;
T f[N][17]; // maybe most of the times k=17 is ok, make sure 2^k greater than N;
OP_FUNC op;
public:
void setOp(OP_FUNC fc) {
op = fc;
}
void init(T *a, int n) {
for (int i = 1; i f[r - (1^k) + 1][k] can equal to the op sum of [i][k]
for (int k = 1; k
这……写法很神奇,注意修改!
扩展 – 运算
ST 算法不仅仅是可以求区间的最值的,只要是满足静态的,满足区间加法的问题大多数情况都可以通过 ST 表实现。
那么区间加法是什么意思呢?
定义我们需要对数列的筛选函数为 op
,则需要 op
满足以下性质
-
op(a, a) = a
,即重复参与运算不改变最终影响 -
op(a, b) = op(b, a)
,即满足交换律 -
op(a, op(b, c)) = op(op(a, b), c)
,即满足结合律
举个例子,如果我们求区间是否有负数,可以将 op
设为如下逻辑:
bool op(bool a, bool b) {
return a | b;
}
相应的,初始化的方式也需要更改
if (a[i]
再举一个例子,如果我们需要求区间是否全为偶数时,则初始化为
if (a[i] % 2 == 0) st[i][0] = true;
else st[i][0] = false;
操作 op
定义为
bool op(bool a, bool b) {
return a & b;
}
由此可见,其实ST算法可以做到的不仅仅是区间最值那么普通的东西啊。
但是,由于
加法
不满足性质一,所以,ST表通过这种方法并不能求得区间的所有满足某种性质的元素的个数。但是,通过另外一种query
方式,我们服务器托管网可以做到这样。
扩展 – 区间
那么这个部分我们将讨论如何利用ST表做到上文例子中求区间偶数的个数。
同样,由于我们可以通过二进制划分,所以可以将某一个区间长度转化为多个长度为2的整数幂次方的子区间,并且可以保证这些区间不相互重叠。
所以我们可以利用这个处理 op(a, a) != a
的情况了。
其实这是借鉴了一点线段树的思路
还不如直接用线段树……
那么可以写出以下代码
int query(int l, int r) {
if (l == r) return st[l][0];
int k = log2(r - l + 1);
return op(st[l][k], query(l + (1
这样就满足了区间不重叠
或许会有一个问题,为什么初始化的时候不需要修改?
其实不难发现,初始化的合并是不会有重复贡献的情况的,即是每一次合并的区间是不会重叠的
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