浅谈珂朵莉树(Chtholly Tree)——暴力而玄学的数据结构

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关于它很珂学的名字…

珂朵莉树(Chtholly Tree),又称老司机树(Old Driver Tree),起源于CodeFoeces平台上编号为896C的一道题—— “ Willem, Chtholly and Seniorious ”

(珂学家们此时不用翻译也知道这个名字是在说啥了)

,一位用户Old Driver在给出了线段树的正解之后,又发布了

YY多年的

一份前所未有的玄学解法,其中利用到的数据结构就是今日我们

喜闻乐见的

珂朵莉树。




它可以干什么

很简单,在具有

区间赋值

操作,

区间统计

操作,以及最好保证

数据随机

的情况下在

时空复杂度

上把线段树

吊起来打

(详情见后)。

也可以

在走投无路时

骗分。




你需要有哪些前置知识…

  1. 五分钟就能学会的C++STL中set的部分内容
  2. 暴力枚举
  3. 数学知识(如果你想证明它的玄学复杂度的话)
  4. 没了

嗯…真正有用的不过是前两条而已。




各种声明以及初始化



珂朵莉树的节点

应该是你要写珂朵莉树时首先要做的…

typedef bool type;

struct Node
{
   
	unsigned int l;
	unsigned int r;
	mutable type data;
	Node(unsigned int a, unsigned int b = 0, type c = 0);
	bool operator <(const Node &a) const
	{
   
		return l < a.l;
	}
};

Node::Node(unsigned int a, unsigned int b, type c)
{
   
 l = a;
 r = b;
 data = c;
}

解释一下上面的代码。

  • 珂朵莉树的

    每一个节点代表着一个闭区间

    ,那么Node结构体里理应有这个区间的左右边界(即l和r)。
  • type和data是当前区间

    统一的

    类型与数值,就是说闭区间[l,r]内每个点的类型都是type(自己定义的,这里我使用了bool作为type,到底是什么无所谓),值都是data。(当然,我们只考虑离散的点)
  • data需要mutable修饰,这样我们可以在set中利用迭代器修改它。
  • 对于结构体,我们自然需要构造函数,无需多讲。
  • 由于我们使用set来存储Node,所以我们需要重载小于号,使其按照左端点排序。



构造珂朵莉树

#include <set>
set<Node> s;


没错这就完事了


就这么简单,你得到了一个没有初始化的珂朵莉树。


一般来说

,我们通过给定数据,向其中不断插入区间长度为1的区间来完成初始化。

比如形如这样的话:“第二行包括n个数,表示序列的初始状态”(摘自SCOI2010 序列操作)。

我们就可以这样初始化:

for (int i = 0; i < n; ++i)
 {
   
 	static type temp = 0;
 	cin >> temp;
 	s.insert(Node(i, i, temp));
 }
 s.insert(Node(n, n, 0));
 

你的序列下标从0或者1开始是无所谓的。

这里有一个蜜汁细节,就是在把所有给定数据插入完成之后,需要在末尾多插入一个节点。我也不知道这究竟有啥用,根据自己测试貌似做不做这一步并没有什么区别,反正是玄学,信就完事了。



懒人宏定义

我个人并不是很懒,但是声明迭代器真的很令人痛苦。于是我选择了这样

#define S_IT set<Node>::iterator	//S_IT = set_iterator

据我所知,这个宏定义是大部分写珂朵莉树的coder都选择了的。

你也可以自己搞一些更懒的宏定义。

至此,准备工作结束。




核心操作



分裂:split

既然我们要进行区间操作,那就得把这个区间

拿出来


(就是这么暴力的思想)



split(pos)操作将包含位置pos的区间[l,r]分裂成[l,pos-1]和[pos,r],并返回后者的迭代器。

S_IT split(unsigned int pos)
{
   
 S_IT it = s.lower_bound(Node(pos));
 if (it != s.end() && it->l == pos)
  return it;
 --it;
 unsigned int l = it->l, r = it->r;
 type data = it->data;
 s.erase(it);
 s.insert(Node(l, pos - 1, data));
 return s.insert(Node(pos, r, data)).first;
}

我们先利用lower_bound()函数在set中查到左端点位置大于等于pos的节点。

如果这个节点的左端点位置正是pos,那么我们无需分裂,直接返回。

如果它的左端点位置不是pos,那么必然大于pos,则

包含位置pos的节点是上一个节点

,it-=1。

接下来的事情就好办了,暴力分裂再插入即可。不要忘了返回值。

此时,如果我们想使用区间[l,r]中的数据,只需要这么写:

S_IT it2 = split(r + 1), it1 = split(l);
 for (; it1 != it2; ++it1)
 {
   //利用迭代器it1搞些事情
 }
 


这里有一个细节必须注意

,必须

先声明it2再声明it1

,否则根据split中的erase操作,迭代器it1

可能会

失效。(因为it1所属的节点可能被删除了)



区间赋值:assign

珂朵莉树最重要的操作,也是不让它退化为暴力算法的

玄学

保障。


既然一个区间内所有的值全都一样了,那么在珂朵莉树中这个区间就可以只用一个节点来表示

。这就是珂朵莉树的核心,光速降低节点数量的神器。

void assign(unsigned int l, unsigned int r, type val)
{
   
 S_IT it2 = split(r + 1), it1 = split(l);
 s.erase(it1, it2);
 s.insert(Node(l, r, val));
 return;
}

可见,这个区间里所有的节点全部被删除,使用

一个

新的节点来代替。

根据

我并不会的

证明,assign的区间长度

在随机数据下的期望

为N/3,十分恐怖。

而且这个assign在赋值之余还可以顺便做做区间统计啥的,根据情况而定

至此,珂朵莉树的核心操作介绍完毕。




附加的工作?

很多时候,一道题不可能只用两个函数就轻松搞定,需要额外的暴力函数与算法,是的就是暴力。

由于暴力算法大家肯定会,又怕大家不好理解,所以在这里贴一下我写的的

CF896C

的代码。

这道题虽说是起源,但是还是比较有难度的,认为太难的可以直接往下走,看另一个例子。

#include &l



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