莫隊學習筆記

continue_1025發表於2021-02-25

引入小例

zl 姐姐有一串數,由於學生化太頭禿了,所以現在他想問你 m(m≤1e5) 次,其中L到R區間出現次數在3次及以上的數有多少個?

解決方案

線段樹

效率低下,不好維護。

故引入莫隊——一種處理區間問題的離線演算法

莫隊

0.演算法名字的由來

莫隊演算法,其中的“莫”指國家隊莫濤巨佬,CCCCOrz。

1.基本原理

莫隊是優美的暴力

先讓我們回到開頭來幫幫 zl 姐姐。

Continue 是個傻子,所以他打了個暴力;

for(int i=l;i<=r;i++)
{
	cnt[a[i]]++;
	if(cnt[a[i]]>=3)
		ans++;
}

如果每次詢問都這麼打的話,很明顯, O(nm) 的演算法是會讓 zl 姐姐難堪的。(zl 姐姐:你來真的?

聰明的你撿起了傻子 Continue 打的暴力,覺得好不容易打的,扔了多可惜啊。

於是你開始對剛剛的暴力結果進行改造。

你想,既然我們已經知道了 [L,R] 的結果,那麼 [L-1,R],[L+1,R],[L,R-1],[L,R+1]的結果不就可以也一起很容易得到了嗎?

在 O(1) 的時間裡,現在你的手裡現在已經有了 5 個答案。

這是多好的事,於是你將這個性質推廣到了所有的詢問。

詳細的,為了方便,我們不妨將推廣得來的四個答案一類稱作推廣區間,將推廣區間們對應的原區間 [L,R] 稱作原區間。只要我們知道了原區間的答案,那麼要求的推廣區間便也就可求了。

所以現在問題就轉化為了:“如何使詢問區間成為一個推廣區間”。進一步地,由於我們無法改變詢問,這個問題變成了“如何使推廣區間匹配上詢問區間”

顯然,我們可以通過不斷修改原區間的方式,來匹配與詢問區間一致的推廣區間

很明顯,這種不斷變化範圍的操作,我們可以通過 while 迴圈實現。

可是如果每次都 while ,我們的程式碼仍然是一份傻子程式碼——會 T 得慘不忍睹(g2020 lvt && dlz大佬語)

所以接下來才是真正應用時的莫隊:分塊+sort

2.基本莫隊

有了上面的一些推論,現在你意識到,每次詢問時都要根據查詢區間的大小調整原區間大小,且由於詢問區間並不相同(否則該問題將沒有意義),所以這個操作是必然的

在必然的情況下,我們要儘可能的使該操作儘量的快,由此才能做到優美的暴力。

再次分析上面的過程,我們發現該操作的主要時耗來源於鎖定所需區間的過程,所以我們應儘可能的將每次需要的推廣區間之間的差減小,以此來減少變化區間範圍的次數,提高了效率。

而達到此目的的唯一方式就是對查詢區間進行排序

這便是優美莫隊裡面的sort部分

至於排序的標準,自然要依靠於分塊啦~

由於我們要求兩個區間儘量的相似,所以應滿足單調性。

其原因如圖。

圖一

圖二

注:紫色曲線代表每次鎖定區間時需移動的長度。

圖一是未排序的效果,可以看見陰影的部分我們是重複移動了的,這樣十分浪費時間。

只要排序成圖二這樣,要移動的區間就再也不會重疊啦~

確定了排序的任務,那麼排序的關鍵字呢?

答案是分塊。

分塊合理地將節點劃分了不同的區間,這樣就可以較快的比較。

我們通過左端點所處的塊進行排序,若處於同一個塊則比較右端點。這樣就可以科學有效的降低時間啦~

3.程式碼

上面的都懂了,接下來就是一份普通莫隊的模板程式碼,一般的題都可以變著花樣套板子。(當然不能算帶權莫隊樹上莫隊)

Problem:HH的項鍊

這道題luogu是卡了莫隊的(但還是有神仙巨佬卡過去了),在這裡只是作為練手題。A6個點,T4個點就差不多了。主要是思想,思想!

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cmath>

using namespace std;

const int maxn=2e6+10;
const int inf=1<<30;

inline int Read()
{
	int s=0;
	int f=1;
	char ch=getchar();
	while(ch<'0'||ch>'9')
	{
		if(ch=='-')
			f=-1;
		ch=getchar();
	}
	while(ch>='0'&&ch<='9')
	{
		s=(s<<1)+(s<<3)+ch-'0';
		ch=getchar();
	}
	return s*f;
}

int n,m;
struct Num
{
	int l,r; //詢問的區間
	int num; //詢問的答案
	int id; //詢問的次序
}a[maxn];

int temp[maxn];

int bel[maxn]; //belong

bool cmp(Num x,Num y)
{
	return ((bel[x.l]==bel[y.l]) && (x.r<y.r)) || (bel[x.l]<bel[y.l]);
}

bool cmp2(Num x,Num y)
{
	return x.id<y.id;
}

int cnt[maxn]; //記錄次數的陣列
int top;

int ans; //答案有幾個

inline void Add(int x)
{
	cnt[x]++;
	if(cnt[x]==1)
		ans++;
}

inline void Dele(int x)
{
	cnt[x]--;
	if(!cnt[x])
		ans--;
}

int main()
{
	n=Read();
	
	int k=sqrt(n); //分塊
	
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		temp[i]=Read();
		bel[i]=(i-1)/k+1;
	}

	m=Read();
	for(int i=1;i<=m;i++)
	{
		int x,y;
		x=Read();
		y=Read();
		if(x>y)
			swap(x,y);
		a[i].l=x;
		a[i].r=y;
		a[i].id=i;
	}
	
	sort(a+1,a+m+1,cmp);
	
	int l=1,r=0;
	for(int i=1;i<=m;i++)
	{
		int x=a[i].l;
		int y=a[i].r;
		
                //鎖定區間的過程
		while(l>x)
			Add(temp[l-1]),--l;
		while(l<x)
			Dele(temp[l]),++l;
		while(r<y)
			Add(temp[r+1]),++r;			
		while(r>y)
			Dele(temp[r]),--r;

		a[i].num=ans;
	}
	
	sort(a+1,a+m+1,cmp2); //離線演算法按原序輸出答案
	
	for(int i=1;i<=m;i++)
		printf("%d\n",a[i].num);
	return 0;
}

感謝閱讀!

可愛的 zl 小姐姐感謝了你。終於,你們都有了光明的未來……!