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          數據加載中……

          線段樹入門

          在自然數,且所有的數不大于30000的范圍內討論一個問題:現在已知n條線段,把端點依次輸入告訴你,然后有m個詢問,每個詢問輸入一個點,要求這個點在多少條線段上出現過;

          最基本的解法當然就是讀一個點,就把所有線段比一下,看看在不在線段中;

          每次詢問都要把n條線段查一次,那么m次詢問,就要運算m*n次,復雜度就是O(m*n)

          這道題m和n都是30000,那么計算量達到了10^9;而計算機1秒的計算量大約是10^8的數量級,所以這種方法無論怎么優化都是超時

          -----

          因為n條線段是固定的,所以某種程度上說每次都把n條線段查一遍有大量的重復和浪費;

          線段樹就是可以解決這類問題的數據結構

          舉例說明:已知線段[2,5] [4,6] [0,7];求點2,4,7分別出現了多少次

          在[0,7]區間上建立一棵滿二叉樹:(為了和已知線段區別,用【】表示線段樹中的線段)

                                                         【0,7】
                                         /                                            \
                               【0,3】                                           【4,7】
                            /               \                                    /                \
                 【0,1】             【2,3】                 【4,5】               【6,7】
                   /      \                 /      \                     /      \                   /      \
          【0,0】 【1,1】【2,2】 【3,3】   【4,4】 【5,5】 【6,6】 【7,7】

          每個節點用結構體:

          struct line
          {
                int left,right;//左端點、右端點
                int n;//記錄這條線段出現了多少次,默認為0
          }a[16];

          和堆類似,滿二叉樹的性質決定a[i]的左兒子是a[2*i]、右兒子是a[2*i+1];

          然后對于已知的線段依次進行插入操作:

          從樹根開始調用遞歸函數insert

          void insert(int s,int t,int step)//要插入的線段的左端點和右端點、以及當前線段樹中的某條線段
          {
                if (s==a[step].left && t==a[step].right)
                {
                      a[step].n++;//插入的線段匹配則此條線段的記錄+1
                      return;//插入結束返回
                }
                if (a[step].left==a[step].right)   return;//當前線段樹的線段沒有兒子,插入結束返回
                int mid=(a[step].left+a[step].right)/2;
                if (mid>=t)    insert(s,t,step*2);//如果中點在t的右邊,則應該插入到左兒子
                else if (mid<s)    insert(s,t,step*2+1);//如果中點在s的左邊,則應該插入到右兒子
                else//否則,中點一定在s和t之間,把待插線段分成兩半分別插到左右兒子里面
                {
                      insert(s,mid,step*2);
                      insert(mid+1,t,step*2+1);
                }
          }

          三條已知線段插入過程:

          [2,5]

          --[2,5]與【0,7】比較,分成兩部分:[2,3]插到左兒子【0,3】,[4,5]插到右兒子【4,7】

          --[2,3]與【0,3】比較,插到右兒子【2,3】;[4,5]和【4,7】比較,插到左兒子【4,5】

          --[2,3]與【2,3】匹配,【2,3】記錄+1;[4,5]與【4,5】匹配,【4,5】記錄+1

          [4,6]

          --[4,6]與【0,7】比較,插到右兒子【4,7】

          --[4,6]與【4,7】比較,分成兩部分,[4,5]插到左兒子【4,5】;[6,6]插到右兒子【6,7】

          --[4,5]與【4,5】匹配,【4,5】記錄+1;[6,6]與【6,7】比較,插到左兒子【6,6】

          --[6,6]與【6,6】匹配,【6,6】記錄+1

          [0,7]

          --[0,7]與【0,7】匹配,【0,7】記錄+1

          插入過程結束,線段樹上的記錄如下(紅色數字為每條線段的記錄n):

                                                         【0,7】
                                                              1
                                         /                                            \
                               【0,3】                                           【4,7】
                                   0                                                     0
                           /                 \                                     /                 \
                 【0,1】                 【2,3】                【4,5】                【6,7】
                      0                           1                          2                         0
                    /    \                      /      \                     /     \                    /      \
          【0,0】 【1,1】 【2,2】 【3,3】 【4,4】 【5,5】 【6,6】 【7,7】
               0            0            0            0            0            0           1           0

          詢問操作和插入操作類似,也是遞歸過程,略

          2——依次把【0,7】 【0,3】 【2,3】 【2,2】的記錄n加起來,結果為2

          4——依次把【0,7】 【4,7】 【4,5】 【4,4】的記錄n加起來,結果為3

          7——依次把【0,7】 【4,7】 【6,7】 【7,7】的記錄n加起來,結果為1

          不管是插入操作還是查詢操作,每次操作的執行次數僅為樹的深度——logN

          建樹有n次插入操作,n*logN,一次查詢要logN,m次就是m*logN;總共復雜度O(n+m)*logN,這道題N不超過30000,logN約等于14,所以計算量在10^5~10^6之間,比普通方法快了1000倍;

          這道題是線段樹最基本的操作,只用到了插入和查找;刪除操作和插入類似,擴展功能的還有測度、連續段數等等,在N數據范圍很大的時候,依然可以用離散化的方法建樹。

          湖大的那道題目繞了個小彎子,alpc12有詳細的題目和解題報告,有興趣的話可以看看http://www.cppblog.com/sicheng/archive/2008/01/09/40791.html

          線段樹的經典題目就是poj1177的picturehttp://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1177

          posted on 2009-04-28 07:14 小鋒 閱讀(734) 評論(0)  編輯  收藏


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