注:为方便描述算法 便于记忆 所以代码用Pascal书写 见谅
RMQ,即Range Minimum/Maximum Query问题,给定一个区间,询问不同子区间的最值问题。
当询问次数较少时,朴素算法的时间尚可(暴力做法),k次询问,最坏情况是每次询问最大区间,时间复杂度O(kL),其中k表示询问次数,L表示给定的区间长度。
随着询问次数的增加,朴素算法(应该可以认为是n2 级别的算法)就显得太慢了,因此可以很方便想出线段树做法,节点存储区间最值。那么此时k次查询,L的区间长度,可知时间复杂度为O(k logL);L为定值,则log L为常数,随着k的增大线性增大,相比较朴素算法是大大优化了。
但是还不够。当 n过于大时,即使是线段树也不行。此时考虑ST(Sparse Table)算法。该算法的时间复杂度为两部分:预处理O(L logL),查询则为O(1)。
(关于构造笛卡尔树的方法日后另写qwq)
ST方法的原理类似DP。比如说求[1,100]的最值,如果我能知道[1,64]的最值以及[37,100]的最值,那么总区间的最值,一定是两个分区间中的一个最值。
这个例子很方便理解ST。对于分区间继续拆分,直到出现长度为2的区间;此时长度为2的区间最值就是原序列中两个数的较大值。
运用倍增就可以完成拆分。
于是开始搭建:
1 begin
2 init;
3 readln(m);
4 for i:=1 to m do
5 begin
6 readln(head,tail);
7 if head>tail then
8 begin
9 temp:=head;
10 head:=tail;
11 tail:=temp;
12 end;
13 writeln(query(head,tail));
14 end;
15 end.
init即预处理过程,m为询问的组数。不断读入[head,tail]的待查询区间,给出查询值。
预处理就可以写出来:
1 procedure init;
2 var
3 i:longint;
4 begin
5 read(n);
6 for i:=1 to n do
7 read(a[i]);
8 tableLength:=trunc(ln(n)/ln(2));
9 createTable(tableLength);
10 make;
11 end;
行5-行7就是总区间的读入。之后要打一个2的幂表用以拆分(运用倍增),打出了这个表才可以分区间——例子中的64就是这么算出来的。显然这个表长(也就是最大次数)=logL,写在代码中用换底公式后向下取整,得到表长。
之后以表长建立2的幂表,完成后进入预处理的核心部分make。
建表的code比较简单,不多加赘述。
1 procedure createTable(k:longint);
2 var
3 i:longint;
4 begin
5 powerTable[0]:=1;
6 powerTable[1]:=2;
7 for i:=2 to k do
8 powerTable[i]:=2*powerTable[i-1];
9 end;
预处理核心代码如下:
1 procedure make;
2 var
3 i,j:longint;
4 begin
5 for i:=1 to n do
6 line[i,0]:=a[i];
7 for i:=1 to tableLength do
8 for j:=1 to n-powerTable[i]+1 do
9 line[j,i]:=max(line[j,i-1],line[j+powerTable[i-1],i-1]);
10 end;
思想是DP的思想。对于总区间,先两端两端的划分,求其最值;再四段四段分,再八段八段分……line[i,j]表示序列中以i为起点,2的j次为长度的区间的最值。当j==0时自然就退化为当前位置的值。
要注意的是外层循环一定要是次数而不是起点,关于这点可以手动模拟一下感受感受;当外层循环为起点时,line数组求值中的依赖的有半段还未求出,故出错。
查询就比较简单了,由于预处理已经算出了所以可能用到的区间最值,只要做一次拆分,取两分区的max即可。
1 function query(left,right:longint):longint;
2 var
3 t:longint;
4 begin
5 t:=trunc(ln(right-left+1)/ln(2));
6 exit(max(line[left,t],line[right-powerTable[t]+1,t]));
7 end;
完整代码如下(其实只是多了点定义和一个max函数):
1 var
2 a:array[0..100005]of longint;
3 i,n,m,head,tail,tableLength,temp:longint;
4 line:array[0..100005,0..17]of longint;
5 powerTable:array[0..17]of longint;
6
7 function max(a,b:longint):longint;
8 begin
9 if a>b then
10 exit(a)
11 else
12 exit(b);
13 end;
14
15 procedure createTable(k:longint);
16 var
17 i:longint;
18 begin
19 powerTable[0]:=1;
20 powerTable[1]:=2;
21 for i:=2 to k do
22 powerTable[i]:=2*powerTable[i-1];
23 end;
24
25 procedure make;
26 var
27 i,j:longint;
28 begin
29 for i:=1 to n do
30 line[i,0]:=a[i];
31 for i:=1 to tableLength do
32 for j:=1 to n-powerTable[i]+1 do
33 line[j,i]:=max(line[j,i-1],line[j+powerTable[i-1],i-1]);
34 end;
35
36 procedure init;
37 var
38 i:longint;
39 begin
40 read(n);
41 for i:=1 to n do
42 read(a[i]);
43 tableLength:=trunc(ln(n)/ln(2));
44 createTable(tableLength);
45 make;
46 end;
47
48 function query(left,right:longint):longint;
49 var
50 t:longint;
51 begin
52 t:=trunc(ln(right-left+1)/ln(2));
53 exit(max(line[left,t],line[right-powerTable[t]+1,t]));
54 end;
55
56 begin
57 init;
58 readln(m);
59 for i:=1 to m do
60 begin
61 readln(head,tail);
62 if head>tail then
63 begin
64 temp:=head;
65 head:=tail;
66 tail:=temp;
67 end;
68 writeln(query(head,tail));
69 end;
70 end.
行32的循环上界要控制好,否则会段出错,切记切记。
请使用手机"扫一扫"x