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「算法笔记」Splay - 维护序列
「算法笔记」Splay - 维护序列
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2019/02

「算法笔记」Splay - 维护序列

$\text{Splay}$ 是一种二叉查找树,它通过不断将某个节点旋转到根节点,使得整棵树仍然满足二叉查找树的性质,并且保持平衡而不至于退化为链。


例题

我们以「LOJ 105」文艺平衡树 作为例题:你需要维护一个有序数列,支持翻转区间操作。


分析

总体思路

我们还是用 $\text{Splay}$ 来维护这个序列,但是不用权值维护,而是用节点在序列中的位置为关键字维护,显然一个子树对应一个区间。

每次提取区间 $[l,r]$ 然后将左右子树全部交换。这正是利用了 $\text{Splay}$ 在旋转过程中不会改变中序遍历。那么原来的左根右在交换后变为右根左,实现了区间翻转。

提取区间

根据 $\text{Splay}$ 的特性(具体介绍详见「算法笔记」Splay - 维护二叉查找树),对于区间 $[l,r]$,我们可以把 $l-1$ 旋转到根,$r+1$ 旋转到根的儿子(显然是右儿子)。那么根的右儿子的左子树就是区间 $[l,r]$。

对于这里的 $l-1$ 和 $r+1$,指的是序列中第 $l-1$ 和第 $r+1$ 个元素对应的节点,而不是下标为 $l-1$ 和 $r+1$ 的节点。因此我们要调用 $\text{Splay}​$ 基本操作中的 kth(l - 1)kth(r + 1) 找到对应的节点编号。

交换子树

我们这里要使用一个和线段树很相似的懒标记,我们对于每个节点记录一个 $\text{rev}​$ 标记,标记这个区间是否被翻转。每次 kth 操作时将标记下传交换左右子树清空自身标记

时间复杂度:$\mathcal O(n\log n)$


代码

#include <cstdio>
#include <algorithm>

const int INF = 0x3f3f3f3f;

int n, m;

struct Node;
Node *null;

struct Node {
    Node *ch[2], *fa;
    int val, sz;
    bool rev;
    Node(int _val = 0) {
        ch[0] = ch[1] = fa = null, val = _val, sz = 1;
    }
    bool get() {
        return fa->ch[1] == this;
    }
    void reverse() {
        rev ^= 1, std::swap(ch[0], ch[1]);
    }
    void pushup() {
        sz = ch[0]->sz + ch[1]->sz + 1;
    }
    void pushdown() {
        if (rev) {
            ch[0]->reverse();
            ch[1]->reverse();
            rev = 0;
        }
    }
};

struct Splay {
    Node *rt;
    Splay() {
        null = new Node();
        null->ch[0] = null->ch[1] = null->fa = null;
        null->sz = 0;
        rt = null;
    }
    void rotate(Node *x) {
        Node *y = x->fa, *z = y->fa;
        int k = x->get();
        z->ch[y->get()] = x, x->fa = z;
        y->ch[k] = x->ch[!k], x->ch[!k]->fa = y;
        x->ch[!k] = y, y->fa = x;
        y->pushup();
    }
    void splay(Node *x, Node *g) {
        while (x->fa != g) {
            Node *y = x->fa;
            if (y->fa != g) rotate(x->get() == y->get() ? y : x);
            rotate(x);
        }
        x->pushup();
        if (g == null) rt = x;
    }
    Node *kth(int k) {
        k++;
        Node *u = rt;
        while (1) {
            u->pushdown();
            if (k <= u->ch[0]->sz) {
                u = u->ch[0];
            } else if (k > u->ch[0]->sz + 1) {
                k -= u->ch[0]->sz + 1;
                u = u->ch[1];
            } else {
                return u;
            }
        }
    }
    void insert(int v) {
        Node *u = rt, *f = null;
        while (u != null && v != u->val) {
            f = u, u = u->ch[v > u->val];
        }
        u = new Node(v);
        if (f != null) {
            f->ch[v > f->val] = u;
            u->fa = f;
        }
        splay(u, null);
    }
    void reverse(int l, int r) {
        splay(kth(l - 1), null);
        splay(kth(r + 1), rt);
        rt->ch[1]->ch[0]->reverse();
    }
} splay;

int main() {
    splay.insert(-INF), splay.insert(INF);
    scanf("%d%d", &n, &m);
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        splay.insert(i);
    }
    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        int l, r;
        scanf("%d%d", &l, &r);
        splay.reverse(l, r);
    }
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        printf("%d%c", splay.kth(i)->val, " \n"[i == n]);
    }
    return 0;
}

习题

详见「算法笔记」Splay - 维护二叉查找树

最后修改:2019 年 06 月 01 日 12 : 34 PM

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