划分树 详解(转)

转自:   https://blog.csdn.net/Akatsuki__Itachi/article/details/80030929

有这样一类题目,求的是区间内的第k大数php

划分树的定义就是对总体的区间进行划分,把相对于原来序列中较小的值放在左子树,较大的放在右子树,最后按照它的性质进行查询以此找到要查询的区间里的第k大数。ios

例图(图是偷的~~~)
这里写图片描述web

1.建树
建树是一个不停递归的过程
第一步:首先咱们要根据排序后的数组找到当前层数的中值(中值即中位数。注意,是中位数,不是中间的数),将没有排序的序列(即输入的原序列)里面的数这样安排:小于中位数的放进左子树,大于等于中位数的放进右子树。固然了,这是针对中值只有惟一一个时候的作法,一会再说多个中值应该怎么处理。数组

第二步:对于每个子区间,咱们都采用第一步的方法去划分,直到左右区间相等的时候,即为终止递归的条件。markdown

第三步:在咱们向左子树里放数的时候,咱们还要统计出区间 [left,right ] 里有多少个数进入了左子树(这个主要用于查询操做)。svg

在划分树的时候,有几点须要注意:
1.建树是分层的,因此咱们要用二维数组去存储,第一维只须要20就够了,由于100000的数据量的话,它的层数为logN。
2.划分的标准是中值,在第一步里已经特别强调过。
3.划分的数永远存放在它的下一层,为何呢?下面举个例子模拟一下过程就知道了。ui

那么下面先列出咱们要用到的数组:spa

 
 
 
 
 
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const int MAXL(1e5); int tree[20][MAXL+50];//第一维表明当前的树的层数, //第二维表明这一层通过划分后的序列值 int toLeft[20][MAXL+50];//第一维表明当前的树的层数, //第二维表明当前层区间[left,right]进入左子树的数目 int sorted[MAXL+50];//将初始序列排序后的数组

按照图中给出的原始序列为.net

 
 
 
 
 
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4 2 5 7 1 8 3 6

排序后的序列为code

 
 
 
 
 
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1 2 3 4 5 6 7 8

那么咱们tree [ 0 ]保存的应该是原始序列
而且获得toLeft [ 0 ] 的序列

 
 
 
 
 
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tree[0] = 4 2 5 7 1 8 3 6 toLeft[0]= 1 2 2 2 3 3 4 4

再次强调一遍
toLeft [ i ] [ j ] 存的是 第 i 层,当前划分区间【 left , right 】里进入左子树的个数
至于为何要这么存,一会说查询的时候就知道了。

模拟一下划分过程
首先是第一层,找到中值4 ( sorted[ ( left + mid) / 2 ] )
那么tree [ 1 ] 和toLeft [ 1 ] 应该是

 
 
 
 
 
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tree[1]= 4 2 1 3 5 7 8 6 toLeft[1]= 0 1 2 2 1 1 1 2

可能这里有人注意到问题了,为何把4划分到了左区间?上面不是说大于等于中值的划分到右区间吗? 别急-

第二层,分别对左子树和右子树按照上述的方法划分

 
 
 
 
 
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tree[2]= 2 1 4 3 5 6 7 8 toLeft[2]= 0 1 0 1 1 1 1 1

在这里再啰嗦地解释一下这一组的toLeft数组
很明显这一组的 2 1 4 3 5 6 7 8
分别在左 右 左 右 子树
那么对于左子树里的 2 1这个小区间,进入下一层左子树的数分别为 0 1
对于右子树 4 3 这个小区间,进入下一层左子树的数分别为 0 1


第三层

 
 
 
 
 
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tree[3]= 1 2 3 4 5 6 7 8 toLeft[3]= 0 0 0 0 0 0 0 0

下面开始说另一个要注意的问题:有多个中值怎么办?

由于咱们要使得左右区间的数量尽量的均等
因此在这里,咱们用一种特殊的处理方法。

在尚未进行划分以前,咱们先假设中值左边的数据都小于中值。
即 设置一个suppose = mid - left + 1。
若是当前的数小于中值,就使suppose减一,即

 
 
 
 
 
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if(tree[level][i]<sorted[mid] suppose--;

若是结果如咱们假设的那样,那么suppose最后必定等于1,不然,就说明中值的数量不惟一。那么在下面进行的时候,若是还剩suppose>1,就先把中值放在左子树,直到suppose为0,若是仍还有中值,就把剩下的放进右子树。
经过这样操做,就能均分左右子树了。

再举个例子增深理解:
3 3 4 4 4 5 7
中值为4,左子树要放4个((1+7)/2),右子树放3个
处理后的suppose为2
那么遇到第一个4,放进左子树,suppose=1;
遇到第二个4,放进左子树,suppose=0;
遇到第三个4,这时suppose已经等于0,因此放进右子树。

终于能够上建树的代码了

 
 
 
 
 
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void Build_tree(int level,int left,int right)//level为当前层 { if(left==right)//左右区间相等为终止条件 return ; int mid=(left+right)>>1; int suppose=mid-left+1;//设定suppose的初值 for(int i=left; i<=right; i++) if(tree[level][i]<sorted[mid])//处理suppose suppose--; int subLeft=left,subRight=mid+1;//进入下层左右子树的下标 for(int i=left; i<=right; i++) { if(i==left)//初始化 toLeft[level][i]=0; else//初始化 toLeft[level][i]=toLeft[level][i-1]; if(tree[level][i]<sorted[mid]||tree[level][i]==sorted[mid]&&suppose>0) {//这就是上面说的处理多个中值的状况,放在一块儿了 tree[level+1][subLeft++]=tree[level][i];//将数放在下一层 toLeft[level][i]++;//进入左子树的数目+1 if(tree[level][i]==sorted[mid]) suppose--;//继续处理suppose } else//进入右子树 tree[level+1][subRight++]=tree[level][i]; } Build_tree(level+1,left,mid);//递归 Build_tree(level+1,mid+1,right);//递归 }

在建好树以后,接下来就是查询的问题。
假设初始大区间为【left , right】,要查询的区间为【qLeft , qRight】
如今要查询区间【qLeft , qRight】的第k大数

咱们的想法是,先判断【qLeft , qRight】在【left , right】的哪一个子树中,而后找出对应的小区间和k,而后递归查找,直到小区间qLeft==qRight时为止。

那如何解决这个问题呢?这时候前面记录的进入左子树的元素个数就派上用场了。经过以前的记录能够知道,在区间【left , qLeft】中有toLeft [ level ] [ qLeft - 1 ] 个元素进入了左子树,记它为lef,同理,在区间【left , qRight】中有toLeft [ level ] [ qRight ] 个元素进入了左子树,记它为rig , 因此在区间【qLeft , qRight】之间就有 rig - lef 个元素进入了左子树,记为 toLef。 若是 toLef>= k ,说明 第k大元素确定进入了左子树,那么就进入左子树查找,不然进入右子树查找。

那么接下来要解决肯定小区间的问题:

若是进入的是左子树,那么小区间就应该是
【 left +( [ left,qLeft-1] )进入左子树的数目,left +( [ left,qRight ] )进入左子树的数目-1】
即:【 left + lef , left + lef + tolef-1 】,而且,这时候k的值不用变化。

若是进入的是右子树,那么小区间就应该是
【 mid +( [ left,qLeft-1] )进入右子树的数目+1,mid +( [ left,qRight ] )进入右子树的数目】
即:【 mid + qLeft - left -lef + 1 , mid + qRight - left - toLef - lef + 1 】
同时,这里的k要发生变化,变为k-(【qLeft , qRight】进入左子树的元素个数)
即 k-toLef

其中mid = ( left + right ) / 2

这里的区间式子很长,须要仔细思考。

下面举个例子(又是偷的图~~~)
这里写图片描述

献上查询的代码

 
 
 
 
 
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//[qLeft,qRight]为查询的区间,[left,right]为原始区间 int Query(int level,int qLeft,int qRight,int left,int right,int k) { int mid=(left+right)>>1; if(qLeft==qRight)//终止条件 return tree[level][qLeft]; int lef;//lef 表明[left,qLeft]进入左子树的个数 int toLef;//toLeft表明[qLeft,qRight]进入左子树的个数 if(qLeft==left)//若是和原始区间重合 lef=0,toLef=toLeft[level][qRight]; else lef=toLeft[level][qLeft-1],toLef=toLeft[level][qRight]-lef; if(k<=toLef)//进入左子树 { int newLeft=left+lef; int newRight=left+lef+toLef-1; return Query(level+1,newLeft,newRight,left,mid,k); } else//进入右子树 { int newLeft=mid+qLeft-left-lef+1; int newRight=mid+qRight-left-toLef-lef+1; return Query(level+1,newLeft,newRight,mid+1,right,k-toLef); } }

好了,说的也差很少了。
接下来就是一个模板题
poj2104

hdu2665
这个加了一个T组样例

poj2104 AC代码

 
 
 
 
 
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#include<iostream> #include<cstdio> #include<cstdlib> #include<cstring> #include<string> #include<cmath> #include<iomanip> #include<map> #include<stack> #include<vector> #include<queue> #include<set> #include<utility> #include<list> #include<algorithm> #define max(a,b) (a>b?a:b) #define min(a,b) (a<b?a:b) #define swap(a,b) (a=a+b,b=a-b,a=a-b) #define memset(a,v) memset(a,v,sizeof(a)) #define X (sqrt(5)+1)/2.0 //Wythoff #define Pi acos(-1) #define e 2.718281828459045 #define eps 1.0e-8 using namespace std; typedef long long int LL; typedef pair<int,int>pa; const int MAXL(1e5); const int INF(0x3f3f3f3f); const int mod(1e9+7); int dir[4][2]= {{-1,0},{1,0},{0,1},{0,-1}}; int tree[20][MAXL+50]; int toLeft[20][MAXL+50]; int sorted[MAXL+50]; void Build_tree(int level,int left,int right) { if(left==right) return ; int mid=(left+right)>>1; int suppose=mid-left+1; for(int i=left; i<=right; i++) if(tree[level][i]<sorted[mid]) suppose--; int subLeft=left,subRight=mid+1; for(int i=left; i<=right; i++) { if(i==left) toLeft[level][i]=0; else toLeft[level][i]=toLeft[level][i-1]; if(tree[level][i]<sorted[mid]||tree[level][i]==sorted[mid]&&suppose>0) { tree[level+1][subLeft++]=tree[level][i]; toLeft[level][i]++; if(tree[level][i]==sorted[mid]) suppose--; } else tree[level+1][subRight++]=tree[level][i]; } Build_tree(level+1,left,mid); Build_tree(level+1,mid+1,right); } int Query(int level,int qLeft,int qRight,int left,int right,int k) { int mid=(left+right)>>1; if(qLeft==qRight) return tree[level][qLeft]; int lef; int toLef; if(qLeft==left) lef=0,toLef=toLeft[level][qRight]; else lef=toLeft[level][qLeft-1],toLef=toLeft[level][qRight]-lef; if(k<=toLef) { int newLeft=left+lef; int newRight=left+lef+toLef-1; return Query(level+1,newLeft,newRight,left,mid,k); } else { int newLeft=mid+qLeft-left-lef+1; int newRight=mid+qRight-left-toLef-lef+1; return Query(level+1,newLeft,newRight,mid+1,right,k-toLef); } } int main() { int n,m; scanf("%d%d",&n,&m); for(int i=1; i<=n; i++) { scanf("%d",&tree[0][i]); sorted[i]=tree[0][i]; } sort(sorted+1,sorted+n+1); Build_tree(0,1,n); while(m--) { int ql,qr,k; scanf("%d%d%d",&ql,&qr,&k); int ans=Query(0,ql,qr,1,n,k); cout<<ans<<endl; } }

作题的过程当中发现了toLeft数组的另外一种存法

下面的模板代码对于toLeft【i】【j】存的是第 i 层 1到 j 进入左子树的元素个数
copy下别人的模板

 
 
 
 
 
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#include <iostream> #include <cstdio> #include <cstring> #include <algorithm> using namespace std; #define MAX_SIZE 100005 int sorted[MAX_SIZE];//已经排好序的数据 int toleft[25][MAX_SIZE]; int tree[25][MAX_SIZE]; void build_tree(int left, int right, int deep) { int i; if (left == right) return ; int mid = (left + right) >> 1; int same = mid - left + 1; //位于左子树的数据 for (i = left; i <= right; ++i) {//计算放于左子树中与中位数相等的数字个数 if (tree[deep][i] < sorted[mid]) { --same; } } int ls = left; int rs = mid + 1; for (i = left; i <= right; ++i) { int flag = 0; if ((tree[deep][i] < sorted[mid]) || (tree[deep][i] == sorted[mid] && same > 0)) { flag = 1; tree[deep + 1][ls++] = tree[deep][i]; if (tree[deep][i] == sorted[mid]) same--; } else { tree[deep + 1][rs++] = tree[deep][i]; } toleft[deep][i] = toleft[deep][i - 1]+flag; } build_tree(left, mid, deep + 1); build_tree(mid + 1, right, deep + 1); } int query(int left, int right, int k, int L, int R, int deep) { if (left == right) return tree[deep][left]; int mid = (L + R) >> 1; int x = toleft[deep][left - 1] - toleft[deep][L - 1];//位于left左边的放于左子树中的数字个数 int y = toleft[deep][right] - toleft[deep][L - 1];//到right为止位于左子树的个数 int ry = right - L - y;//到right右边为止位于右子树的数字个数 int cnt = y - x;//[left,right]区间内放到左子树中的个数 int rx = left - L - x;//left左边放在右子树中的数字个数 if (cnt >= k) { //printf("sss %d %d %d\n", xx++, x, y); return query(L + x, L + y - 1, k, L, mid, deep + 1); // 由于x不在区间内 因此不要紧 因此先除去,从L+x开始,而后肯定范围 } else { //printf("qqq %d %d %d\n", xx++, x, y); return query(mid + rx + 1, mid + 1 + ry, k - cnt, mid + 1, R, deep + 1); //同理 把不在区间内的 分到右子树的元素数目排除,肯定范围 } } int main() { int m, n; int a, b, k; int i; while (scanf("%d%d", &m, &n) == 2) { for (i = 1; i <= m; ++i) { scanf("%d", &sorted[i]); tree[0][i] = sorted[i]; } sort(sorted + 1, sorted + 1 + m); build_tree(1, m, 0); for (i = 0; i < n; ++i) { scanf("%d%d%d", &a, &b, &k); printf("%d\n", query(a, b, k, 1, m, 0)); } } return 0; }
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