ST表入门学习poj3264 hdu5443 hdu5289 codeforces round #361 div2D

ST算法介绍:【转自http://blog.csdn.net/insistgogo/article/details/9929103】

作用:ST算法是用来求解给定区间RMQ的最值,本文以最小值为例

方法:ST算法分成两部分:离线预处理 (nlogn)和 在线查询(O(1))。虽然还可以使用线段树、树状链表等求解区间最值,但是ST算法要比它们更快,而且适用于在线查询。

(1)离线预处理:运用DP思想,用于求解区间最值,并保存到一个二维数组中。

(2)在线查询:对给定区间进行分割,借助该二维数组求最值

具体解释:

(1)离线预处理:

ST算法使用DP思想求解区间最值,貌似属于区间动态规划,不过区间在增加时,每次并不是增加一个长度,而是使用倍增的思想,每次增加2^i个长度。

使用F[i,j]表示以i为起点,区间长度为2^j的区间最值,此时区间为[i,i + 2^j - 1]。

比如,F[0,2]表示区间[0,3]的最小值,即等于4,F[2,2]表示区间[2,5]的最小值,即等于1。

在求解F[i,j]时,ST算法是先对长度为2^j的区间[i,i + 2^j - 1]分成两等份,每份长度均为2^(j - 1)。之后在分别求解这两个区间的最值F[i,j - 1]和F[i + 2^(j - 1),j - 1]。,最后在结合这两个区间的最值,求出整个区间的最值。特殊情况,当j = 0时,区间长度等于0,即区间中只有一个元素,此时F[i,0]应等于每一个元素的值。

举例:要求解F[1,2]的值,即求解区间[1,4] = {4,6,10,1}的最小值,此时需要把这个区间分成两个等长的区间,即为[1,2]和[3,4],之后分别求解这两个区间的最小值。此时这两个区间最小值分别对应着F[1,1] 和 F[3,1]的值。

状态转移方程是 F[i,j] = min(F[i,j - 1],F[i + 2^(j - 1),j - 1])

初始状态为:F[i,0] = A[i]。

在根据状态转移方程递推时,是对每一元素,先求区间长度为1的区间最值,之后再求区间长度为2的区间最值,之后再求区间长度为4的区间最值....,最后,对每一个元素,在求解区间长度为log2^n的区间最值后,算法结束,其中n表示元素个数。

即:先求F[0][1],F[1][1],F[2][1],F[3][1],,,F[n][1],再求.F[0][2],F[1][2],F[2][2],F[3][2],,,F[m][2],... 。

(2)在线处理:这里我们是已知待查询的区间[x,y],求解其最值。

在预处理期间,每一个状态对应的区间长度都为2^i。由于给出的待查询区间长度不一定恰好为2^i,因此我们应对待查询的区间进行处理。

这里我们把待查询的区间分成两个小区间,这两个小区间满足两个条件:(1)这两个小区间要能覆盖整个区间(2)为了利用预处理的结果,要求小区间长度相等且都为2^i。注意两个小区间可能重叠。

如:待查询的区间为[3,11],先尽量等分两个区间,则先设置为[3,7]和[8,11]。之后再扩大这两个区间,让其长度都等于为2^i。刚划分的两个区间长度分别为5和4,之后继续增加区间长度,直到其成为2^i。此时满足两个条件的最小区间长度为8,此时i = 3。

在程序计算求解区间长度时,并没有那么麻烦,我们可以直接得到i,即等于直接对区间长度取以2为底的对数。这里,对于区间[3,11],其分解的区间长度为int(log(11 - 3 + 1)) = 3,这里log是以2为底的。

根据上述思想,可以把待查询区间[x,y]分成两个小区间[x,x + 2^i - 1] 和 [y - 2^i + 1,y] ,其又分别对应着F[x,i]和F[y - 2^i + 1,i],此时为了求解整个区间的最小值,我们只需求这两个值得最小值即可,此时复杂度是O(1)。

总之ST算法就是花大量代价(nlogn)预处理,然后实现O(1)查询,在处理有大量查询的题目时线段树就稍逊一筹了

POJ3264

算是一道裸的RMQ问题,只是开两个数组,分别维护区间最大值和最小值即可

代码:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;
const int maxn=50000+100;
int a[maxn];
int n,q;
int F1[maxn][20];
int F2[maxn][20];
void ST_table()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
     F1[i][0]=F2[i][0]=a[i];
    int nlog=(int)(log(double(n))/log(2.0));//log2(n)
    for(int j=1;j<=nlog;j++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(i+(1<<j)-1<=n)
            {
                F1[i][j]=min(F1[i][j-1],F1[i+(1<<(j-1))][j-1]);
                 F2[i][j]=max(F2[i][j-1],F2[i+(1<<(j-1))][j-1]);
            }
        }
    }
}
int RMQ(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    //cout<<nlog<<endl;
    int mi=min(F1[l][nlog],F1[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
    //cout<<mi<<endl;
    int ma=max(F2[l][nlog],F2[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
    //cout<<ma<<endl;
    return ma-mi;
}
int main()
{
    int l,r;
    while(scanf("%d%d",&n,&q)!=EOF)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%d",&a[i]);
        ST_table();
        while(q--)
        {
            scanf("%d%d",&l,&r);
            printf("%d
",RMQ(l,r));
        }
    }
}

hdu5443 裸的查询区间最大值的题目

代码:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;
const int maxn=1010;
int a[maxn];
int f[maxn][15];
int n;
void ST_table()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
    f[i][0]=a[i];
    int nlog=(int)(log(double(n))/log(2.0));
    for(int j=1;j<=nlog;j++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(i+(1<<j)-1<=n)
            {
                f[i][j]=max(f[i][j-1],f[i+(1<<(j-1))][j-1]);
            }
        }
    }
}
int RMQ(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    return max(f[l][nlog],f[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
}
int main()
{
    int T;
    int l,r;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        scanf("%d",&n);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%d",&a[i]);
        ST_table();
        int q;
        scanf("%d",&q);
        while(q--)
        {
            scanf("%d%d",&l,&r);
            printf("%d
",RMQ(l,r));
        }
    }
}

hdu5289  让你统计区间差值(最大值-最小值)小于k的 区间有多少个

刚开始暴力做,枚举区间,查询的次数是O(n^2)级别,果断TLE,后来发现

自己忽略了一个很重要的区间差值的性质,对于一个区间,如果查询起点i,确定,

那么随着区间右端点不断增大,RMQ(i,r)是递增的,因此可以用二分查找的方法来

确定区间的长度,累加得答案,查询次数就变成了O(n*logn),就可以过了

代码:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;
typedef long long ll;
const int maxn=100000+100;
ll a[maxn];
ll f1[maxn][20];
ll f2[maxn][20];
int n;
void ST_table()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
    f1[i][0]=f2[i][0]=a[i];
    int nlog=(int)(log(double(n))/log(2.0));
    for(int j=1;j<=nlog;j++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(i+(1<<j)-1<=n)
            {
                f1[i][j]=max(f1[i][j-1],f1[i+(1<<(j-1))][j-1]);
                f2[i][j]=min(f2[i][j-1],f2[i+(1<<(j-1))][j-1]);
            }
        }
    }
}
int RMQ(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    int ma=max(f1[l][nlog],f1[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
    int mi=min(f2[l][nlog],f2[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
    return ma-mi;
}
int main()
{
    int T,k;
    int l,r;
    scanf("%d",&T);
    while(T--)
    {
        scanf("%d%d",&n,&k);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%lld",&a[i]);
        ST_table();
        ll ans=0;
        int t=1;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
          ll cnt=0;
          int l=i,r=n;
          while(l<=r)
          {
              int mid=(l+r)>>1;
              if(RMQ(i,mid)<k)
              {
                  cnt=mid;
                  l=mid+1;
              }
              else r=mid-1;
          }
          ans+=cnt-i+1;
        }
        printf("%lld ",ans);
    }
}

CF round#361 div2D:

题意:给你两等长数组a和b,问你满足RMAXQa(i,j)=RMINQb(i,j)的区间有多少个

思路分析:首先打ST表,维护a数组的区间最大值和b数组的区间最小值,但是如果枚举区间复杂度是(n^2)果断GG

仔细分析我们就可以发现,若数组起点给定,那么RMAXQ(i,r)递增,RMINQ(i,r)递减,因此可以用二分两次来寻找

满足相等的左右区间端点,区间长度即为以i为起点的满足条件的区间个数,二分姿势不对啊。。。。

代码:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;
typedef __int64 ll;
const int maxn=200000+100;
ll a[maxn],b[maxn];
ll f1[maxn][20],f2[maxn][20];
int n;
void ST_table()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        f1[i][0]=a[i];
        f2[i][0]=b[i];
    }
    int nlog=(int)(log(double(n))/log(2.0));
    for(int j=1;j<=nlog;j++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(i+(1<<j)-1<=n)
            {
                f1[i][j]=max(f1[i][j-1],f1[i+(1<<(j-1))][j-1]);
                f2[i][j]=min(f2[i][j-1],f2[i+(1<<(j-1))][j-1]);
            }
        }
    }
}
ll RMQma(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    return  max(f1[l][nlog],f1[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
}
ll RMQmi(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    return  min(f2[l][nlog],f2[r-(1<<nlog)+1][nlog]);
}
int main()
{
    while(scanf("%d",&n)!=EOF)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%I64d",&a[i]);
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%I64d",&b[i]);
         ST_table();
        ll ans=0;
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(a[i]>b[i]) continue;
            if(RMQma(1,n)<RMQmi(1,n)) break;
            int l=i,r=n+1;//二分区间要是0~n+1,为了处理都相等的情况,l可以移到n+1位置
            while(l<r)//l=r退出循环
            {
                int mid=(l+r)>>1;
                if(RMQma(i,mid)<RMQmi(i,mid)) l=mid+1;//l存的是两者可能相等的位置
                else r=mid;//右端点不动,左端点不断逼近,mid有可能就是需要的答案
            }
            int lo=l;
          //  cout<<lo<<endl;
            l=i,r=n+1;
            while(l<r)//l=r时退出循环
            {
                int mid=(l+r)>>1;
                if(RMQma(i,mid)<=RMQmi(i,mid)) l=mid+1;
                else r=mid;
            }
            ans+=l-lo;
        }
        printf("%I64d
",ans);
    }
}

 poj2823

之前用ST表做MLE了,以为没法搞,后来看了别人做的,自己还是图样图森破,因为是查询固定长度区间,建表就没必要建的那么庞大,用滚动数组维护就可以

代码:

/*
 ST表也可以用来解决查询固定区间长度内的RMQ问题
 建表的时候可以采用滚动数组节省内存
*/
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
#include <cmath>
using namespace std;
const int maxn=1000000+10;
int a[maxn];
int n,k;
int F1[maxn];//维护区间最小值
int F2[maxn];//维护区间最大值
void ST_table()
{
    for(int i=1;i<=n;i++)
     F1[i]=F2[i]=a[i];
    int nlog=(int)(log(double(k))/log(2.0));//log2(n)
    for(int j=1;j<=nlog;j++)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            if(i+(1<<j)-1<=n)
            {
                F1[i]=min(F1[i],F1[i+(1<<(j-1))]);
                F2[i]=max(F2[i],F2[i+(1<<(j-1))]);
            }
        }
    }
}
int RMQmi(int l,int r)
{
    int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
    //cout<<nlog<<endl;
    int mi=min(F1[l],F1[r-(1<<nlog)+1]);
    //cout<<mi<<endl;
    //cout<<ma<<endl;
    return mi;
}
int RMQma(int l,int r)
{
        int nlog=(int)(log(double(r-l+1))/log(2.0));
       int ma=max(F2[l],F2[r-(1<<nlog)+1]);
       return ma;
}
int main()
{
    int l,r;
    while(scanf("%d%d",&n,&k)!=EOF)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
            scanf("%d",&a[i]);
        ST_table();
        for(int i=1;i<=n-k+1;i++)
        {
            printf("%d%c",RMQmi(i,i+k-1),(i==n-k+1)?'
':' ');
        }
        for(int i=1;i<=n-k+1;i++)
        {
            printf("%d%c",RMQma(i,i+k-1),(i==n-k+1)?'
':' ');
        }

    }
}
原文地址:https://www.cnblogs.com/xuejianye/p/5690826.html