CCF 202012-5星际旅行（20~100分）
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了CCF 202012-5星际旅行（20~100分）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
前置知识
线段树：通过懒惰标记，可实现区间处理，和区间询问皆为\\(O(logn)\\)时间复杂度的数据结构，是一种二叉树。因此对于一个节点\\(st\\)，其左儿子节点为\\(st*2\\)，右节点为\\(st*2+1\\)，为方便整洁，代码中使用宏定义\\(ls(st<<1)\\)和\\(rs(st<<1|1)\\)。
离散化：将无法通过开数组标记的大数据变为小数据的一种手段。
分析
\\(20\\)分攻略
算法：模拟
由于\\(n,m\\leq 1000\\)，此时\\(O(nm)\\)的算法是允许的，所以对于每一种操作用循环模拟即可。
\\(40\\)分攻略
算法 ：差分+树状数组 \\(OR\\) 线段树+懒惰标记\\(*1\\)
\\(n\\leq 100000,m\\leq 40000\\)，且只包含\\(1,4\\)操作。需要使用时间复杂度带\\(log\\)的算法，使用数据结构树状数组+差分或者线段树+懒惰标记即可。
线段树传递懒惰标记时，要乘以区间长度。由于有三维，所以开三个线段树即可，时间复杂度\\(O(mlogn)\\)。
struct node {
int lazS, lazM, sum;
} t[3][maxn << 3];
\\(60\\)分攻略
算法：线段树+懒惰标记\\(*2\\)
\\(n\\leq 100000,m\\leq 40000\\)，且只包含\\(1,2,4\\)操作。同样需要使用时间复杂度带\\(log\\)的算法，但是此时有两种操作，树状数组不能应用于如此复杂的情况。
使用线段树时，需要考虑两个懒惰标记相互的影响。设加法懒惰标记为\\(lazS\\)，乘法懒惰标记为\\(lazM\\)。由于标记的实际含义是保留左节点和右节点的未操作信息，所以懒惰标记下传时，由乘法分配律，\\(lazS\\)要乘以\\(lazM\\)，这样可以保证在\\(lazS\\)下传的时候，不会丢失\\(lazM\\)的信息。
考虑标记下传时是先进行乘法操作还是先进行加法操作。
- 若是先进行加法操作，会出现将乘法操作后的新的加法标记同时乘上乘法标记。
- 若是先进行乘法操作，将乘法操作先作用于原有的和上，然后再将加法操作作用上去即可。
#define ls st<<1
#define rs st<<1|1
void push_down(int st);
t[i][ls].sum = ((t[i][ls].sum * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS * len[ls]) % mod;//先进行乘法操作，再进行加法操作
t[i][rs].sum = ((t[i][rs].sum * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS * len[rs]) % mod;//先进行乘法操作，再进行加法操作
t[i][ls].lazS = ((t[i][ls].lazS * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS) % mod;//注意加法标记要先做乘法，再做加法
t[i][rs].lazS = ((t[i][rs].lazS * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS) % mod;//注意加法标记要先做乘法，再做加法
t[i][ls].lazM = t[i][ls].lazM * t[i][st].lazM % mod;//乘法标记直接操作即可
t[i][rs].lazM = t[i][rs].lazM * t[i][st].lazM % mod;//乘法标记直接操作即可
t[i][st].lazM = 1;//清除懒惰标记
t[i][st].lazS = 0;//清除懒惰标记
时间复杂度\\(O(mlogn)\\)，此时题目为洛谷\\(P3372\\)。
\\(80\\)分攻略
算法：线段树+懒惰标记\\(*3\\)
\\(n\\leq 100000\\)，引入转换操作，同样需要使用时间复杂度带\\(log\\)的算法。
首先先考虑没有\\(1,2\\)操作时应该如何做，注意到每次操作由原来的\\(x,y,z\\)变为\\(y,z,x\\)相当于原来的三维元素向左平移一维，那么如果向左平移三次，就相当于没有平移，所以转换的转移标记\\(lazS\\)进行\\(\\%3\\)操作即可。
再考虑有\\(1,2\\)操作时应该如何做，注意到加法乘法其实和转换操作没有关系，所以只需要考虑数字运算（加法和乘法）和转换运算这两种运算是如何相互影响的。
再次考虑懒惰标记的实际含义，是将左节点和右节点尚未处理的信息保存起来，那么转换时也需将保存的信息同时转换。
if (lazC[rt] == 1) {//向左平移一维
node x = t[0][st], y = t[1][st], z = t[2][st];
t[0][st] = y;
t[1][st] = z;
t[2][st] = x;
} else if (lazC[rt] == 2) {//向左平移两维
node x = t[0][st], y = t[1][st], z = t[2][st];
t[0][st] = z;
t[1][st] = x;
t[2][st] = y;
}
再考虑是先进行转换运算还是先进行数字运算，当操作子节点的时候，父节点已经进行了转换，所以为了让父节点的标记操作能够对应上子节点的标记，所以要先进行转换，再进行数字运算。
\\(100\\)分攻略
算法：线段树+懒惰标记\\(*3\\)+区间离散化
\\(n≤1,000,000,000\\)，原有线段树空间复杂度为\\(O(n)\\)，但现在这个数据范围不支持这个复杂度，考虑离散化。
注意到\\(m\\leq 40000\\)，那么操作的区间个数最多为\\(40000\\)个，端点最多为\\(80000\\)个，那么离散化后进行操作空间复杂度为\\(O(m)\\)，注意到线段树开点应开总端点的\\(4\\)倍，所以总共需要开\\(8m\\)个点，即为\\(m<<3\\)。
使用区间离散化的技巧，将原有的\\([L,R]\\)区间变为\\([L,R+1)\\)，这样满足区间可加性，举个反例体会下这个操作的必要性。
提供三个操作\\([1,4],[1,1],[4,4]\\)，直接离散化后，区间为\\([1,2],[1,1],[2,2]\\)，后两个操作合并等于第一个操作，而原有操作中的端点\\(2\\)和\\(3\\)丢失了。而转换为左闭右开区间后，区间为\\([1,5),[1,2),[4,5)\\)，离散化后为\\([1,4),[1,2),[3,4)\\)，此时信息并未丢失，保存每一个区间的长度\\(len[maxn << 3]\\)即可。
原线段树的叶子节点理解为每一个端点，离散化区间后的叶子节点可以理解为以第\\(i\\)个端点为开头的左闭右开区间。比如说上述转换区间后为\\([1,5),[1,2),[4,5)\\)，那么叶子节点会变为\\([1,2),[2,4),[4,5)\\)，一共出现过\\(4\\)个不同的区间端点，显然最右边的端点不需要保存信息，所以一共有三个叶子节点，第\\(1\\)个叶子节点表示以\\(1\\)开头的左闭右开区间，第\\(2\\)个叶子节点表示以\\(2\\)为开头的左闭右开区间，第\\(3\\)个叶子节点表示以\\(4\\)为开头的左闭右开区间（代码中最后一个端点也有一个节点，长度为0）。
考虑操作，考虑第一个操作\\([1,5)\\)（注意离散化后区间为\\([1,4)\\)），他需要的是\\(5\\)之前的端点的操作，即要操作\\(1,2,4\\)（离散化后为\\(1,2,3\\)）开头的区间，那么由于线段树保留的是以第\\(i\\)个端点为开头的左闭右开区间，所以操作时要将离散化后的右端点\\(4\\)减一再进行操作。
#include <bits/stdc++.h>
#define start ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cout.tie(0);
#define ll long long
#define int ll
#define ls st<<1//左子树，st*2
#define rs st<<1|1//右子树，st*2+1
using namespace std;
const int maxn = (ll) 4e5 + 5;
const int mod = 1e9 + 7;
int T = 1;
vector<int> v;
struct node {
int lazS, lazM, sum;
} t[3][maxn << 3];
int lazC[maxn << 3];
int len[maxn << 3];
int q[maxn][6];
void build(int st, int l, int r) {
for (int i = 0; i <= 2; ++i)t[i][st].lazM = 1;
/*
* 最右区间长度为0
* 由于保留左闭右开区间，所以长度为v[l + 1] - v[l]
*/
if (l == r) {
if (l == v.size() - 1)
len[st] = 0;
else
len[st] = v[l + 1] - v[l];
return;
}
int mid = (l + r) >> 1;
build(ls, l, mid);
build(rs, mid + 1, r);
len[st] = len[ls] + len[rs];
}
void change(int rt, int st) {
if (lazC[rt] == 1) {//向左平移一维
node x = t[0][st], y = t[1][st], z = t[2][st];
t[0][st] = y;
t[1][st] = z;
t[2][st] = x;
} else if (lazC[rt] == 2) {//向左平移两维
node x = t[0][st], y = t[1][st], z = t[2][st];
t[0][st] = z;
t[1][st] = x;
t[2][st] = y;
}
}
void push_down(int st) {
if (lazC[st]) {//先进行转换操作
change(st, ls);
change(st, rs);
lazC[ls] = (lazC[ls] + lazC[st]) % 3;
lazC[rs] = (lazC[rs] + lazC[st]) % 3;
lazC[st] = 0;
}
for (int i = 0; i <= 2; ++i) {
t[i][ls].sum = ((t[i][ls].sum * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS * len[ls]) % mod;//先进行乘法操作，再进行加法操作
t[i][rs].sum = ((t[i][rs].sum * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS * len[rs]) % mod;//先进行乘法操作，再进行加法操作
t[i][ls].lazS = ((t[i][ls].lazS * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS) % mod;//注意加法标记要先做乘法，再做加法
t[i][rs].lazS = ((t[i][rs].lazS * t[i][st].lazM) % mod + t[i][st].lazS) % mod;//注意加法标记要先做乘法，再做加法
t[i][ls].lazM = t[i][ls].lazM * t[i][st].lazM % mod;//乘法标记直接操作即可
t[i][rs].lazM = t[i][rs].lazM * t[i][st].lazM % mod;//乘法标记直接操作即可
t[i][st].lazM = 1;//清除懒惰标记
t[i][st].lazS = 0;//清除懒惰标记
}
}
void add(int st, int l, int r, int L, int R, int a[]) {
if (L <= l && r <= R) {
for (int i = 0; i <= 2; ++i) {
t[i][st].lazS = (t[i][st].lazS + a[i]) % mod;
t[i][st].sum = (t[i][st].sum + a[i] * len[st]) % mod;//注意lazS保留的仅仅是加法，以便对于不同区间根据长度判定加和
}
return;
}
push_down(st);
int mid = (l + r) >> 1;
if (L <= mid)
add(ls, l, mid, L, R, a);
if (R > mid)
add(rs, mid + 1, r, L, R, a);
for (int i = 0; i <= 2; ++i)t[i][st].sum = (t[i][ls].sum + t[i][rs].sum) % mod;
}
void mul(int st, int l, int r, int L, int R, int val) {
if (L <= l && r <= R) {
for (int i = 0; i <= 2; ++i) {
t[i][st].sum = (t[i][st].sum * val) % mod;
t[i][st].lazM = (t[i][st].lazM * val) % mod;
t[i][st].lazS = (t[i][st].lazS * val) % mod;//由乘法分配律，lazS也需要乘
}
return;
}
push_down(st);
int mid = (l + r) >> 1;
if (L <= mid)
mul(ls, l, mid, L, R, val);
if (R > mid)
mul(rs, mid + 1, r, L, R, val);
for (int i = 0; i <= 2; ++i)t[i][st].sum = (t[i][ls].sum + t[i][rs].sum) % mod;
}
void change(int st, int l, int r, int L, int R) {
if (L <= l && r <= R) {
lazC[st] = (lazC[st] + 1) % 3;//转换操作转换三次后就等于不转换，所以取模
node x = t[0][st], y = t[1][st], z = t[2][st];//lazC标记实际含义为保留子节点的信息，所以父节点要进行操作
t[0][st] = y;
t[1][st] = z;
t[2][st] = x;
return;
}
push_down(st);
int mid = (l + r) >> 1;
if (L <= mid)
change(ls, l, mid, L, R);
if (R > mid)
change(rs, mid + 1, r, L, R);
for (int i = 0; i <= 2; ++i)t[i][st].sum = (t[i][ls].sum + t[i][rs].sum) % mod;
}
void query(int st, int l, int r, int L, int R, int a[]) {
if (L <= l && r <= R) {
for (int i = 0; i <= 2; ++i) {
a[i] = (a[i] + t[i][st].sum) % mod;
}
return;
}
push_down(st);
int mid = (l + r) >> 1;
if (L <= mid)
query(ls, l, mid, L, R, a);
if (R > mid)
query(rs, mid + 1, r, L, R, a);
}
void solve() {
//注意本代码已#define int long long
int n, m;
cin >> n >> m;
//为离散化，先读入，后操作
for (int i = 1; i <= m; ++i) {
cin >> q[i][0] >> q[i][1] >> q[i][2];
++q[i][2];//形成左闭右开区间
v.push_back(q[i][1]);
v.push_back(q[i][2]);
if (q[i][0] == 1) {
for (int j = 3; j <= 5; ++j)cin >> q[i][j];
} else if (q[i][0] == 2) {
cin >> q[i][3];
}
}
v.push_back(LLONG_MIN);//放入一个最小值，保证数组以1开始，也可以开一个数组进行离散化
sort(v.begin(), v.end());//离散化需要先排序
v.erase(unique(v.begin(), v.end()), v.end());//将多余的数字去除
for (int i = 1; i <= m; ++i) {
//通过二分离散化
q[i][1] = lower_bound(v.begin(), v.end(), q[i][1]) - v.begin();
q[i][2] = lower_bound(v.begin(), v.end(), q[i][2]) - v.begin();
}
int tot = v.size() - 1;//线段树的叶子结点个数，即操作区间的最右端点
build(1, 1, tot);
for (int i = 1; i <= m; ++i) {
//由于操作左闭右开区间，所以每次操作右端点需要-1
if (q[i][0] == 1) {
int x[] = {q[i][3], q[i][4], q[i][5]};
add(1, 1, tot, q[i][1], q[i][2] - 1, x);
} else if (q[i][0] == 2) {
mul(1, 1, tot, q[i][1], q[i][2] - 1, q[i][3]);
} else if (q[i][0] == 3) {
change(1, 1, tot, q[i][1], q[i][2] - 1);
} else {
int x[] = {0, 0, 0};
query(1, 1, tot, q[i][1], q[i][2] - 1, x);
int ans = 0;
for (int j = 0; j <= 2; ++j) {
ans = (ans + x[j] * x[j] % mod) % mod;
}
cout << ans << \'\\n\';
}
}
}
signed main() {
start;//关同步
while (T--)
solve();
return 0;
}
总结
本题难点在于三个标记的影响以及区间离散化。
对于前两个标记在洛谷OJ中有原题，转换则需要考虑多种组合，以及不正确转换的反例，比如说转换和运算的先后，是否带标记转换还是只转换\\(sum\\)，转换根据本节点的标记还是父节点的标记等等。题解给出的是正确的转换方式，但是非正确的转换方式很容易干扰思路，所以请完全理解为什么如此转换。
而区间离散化首先需要理解离散化的思想，其次理解为什么要将区间变为左闭右开区间，最后理解每一个节点代表什么。
ccf历年试题
来源：CCF计算机职业资格网站。
以上是关于CCF 202012-5星际旅行（20~100分）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
CCF202006-4 1246矩阵快速幂（100分题解链接）