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序列分块入门教程

序列分块入门教程

作者: 铜李 | 来源:发表于2021-02-17 15:05 被阅读0次

    学妹让我教她分块,翻了翻以前的一篇博客,发现写的太难、太简略了,所以写了这篇博客 QAQ。

    真的是分块最基础的教程,大佬可以跳过了。

    如果本文有可以改进的地方,可以在评论区提出。

    前言 - 序列分块是什么

    顾名思义,序列分块就是把数列分成若干小块进行处理和维护,我们会把每一块当成整体,维护这些整体的有关信息。

    最基础的分块当取块长为 \sqrt{n} 时的初始化复杂度是 \mathcal{O}(n),单次操作复杂度是 \mathcal{O}(\sqrt{n}),当然一些较为复杂的题需要对照题目具体分析。

    例题一 - P3372 【模板】线段树 1

    简要分析

    区间加区间和,参考题目名称可以发现,出题人貌似想让我们写线段树,于是我们考虑如何不写线段树。我们采用分块。

    变量定义

    以下是代码中的一些数组或变量名称及其含义:

    • n,m:数列长度和操作次数。
    • a_i:数列第 i 项。
    • s_i:第 i 块所有数的和。
    • tag_i:第 i 块整体加法标记,详见下文。
    • pos_i:数列第 i 项所在块编号。
    • L_i:第 i 块左端点编号。
    • R_i:第 i 块右端点编号。
    • sz:块长。
    • tot:总块数。

    块状数组初始化

    首先取块长为 \sqrt{n},然后枚举每一块,可以知道第 i 块的左端点是第 i-1 块的右端点的下一个元素,第 i 块的右端点是 \min(i\times sz,n),我们通过这个式子对 L,R 进行初始化。

    随后枚举 L_i\sim R_i 的所有元素,用 s_i 记录他们的和,同时把这些元素的 pos 标记为 i

    至此,我们便完成了初始化,因为每一块的区间不重叠且没有遗漏,a 数组的每个元素下标恰好访问一遍,因此复杂度是 \mathcal{O}(n) 的。

    此部分代码:

    void initBlock() {
        sz = sqrt(n);
        while(++tot) {
            L[tot] = R[tot-1] + 1;
            R[tot] = min(sz*tot, n);
            rep(i, L[tot], R[tot]) pos[i] = tot, s[tot] += a[i];
            if(R[tot] == n) break;
        }
    }
    

    区间加

    此部分操作要求将 a_x\sim a_y 的所有数加上 \Delta,暴力单次加是 \mathcal{O}(n) 的,显然需要优化。

    对于 xy 在同一块的情况,我们暴力从 x 枚举到 y,将 a_is_{pos_{i}} 加上 \Delta。由于块长为 \sqrt{n},因此暴力枚举这一部分的复杂度为 \mathcal{O}(\sqrt{n})

    对于不在同一块的情况,对两侧的零散块(不完整块,即 x,y 所在块)按照同上的方法暴力处理,对中间的每个完整块记录整体加法标记 tag,并把块中所有数和同步记录。由于块长为 \sqrt{n},不完整块最多操作次数为 2\times\sqrt{n},完整块不超过 \sqrt{n} 个,因此这一部分的复杂度为 \mathcal{O}(\sqrt{n})

    综上,块状数组区间加法的复杂度为 \mathcal{O}(\sqrt{n})

    此部分代码:

    void modify(ll x, ll y, ll delta) {
        ll l = pos[x], r = pos[y];
        if(l == r) rep(i, x, y) a[i] += delta, s[l] += delta;
        else {
            rep(i, x, R[l]) a[i] += delta, s[l] += delta;
            rep(i, l+1, r-1) tag[i] += delta, s[i] += delta * (R[i] - L[i] + 1);
            rep(i, L[r], y) a[i] += delta, s[r] += delta;
        }
    }
    

    区间和

    查询区间 a_x\sim a_y 所有数的和,同样不能暴力加,考虑按照同样的方法优化:

    对于同一块的情况,暴力枚举并累加 a_i+tag_{pos_i}注意不要漏掉当前块的整体加法标记!

    对于不在同一块的情况,两侧的零散块同样方法处理,中间的整块直接累加块和即可。

    同样的,查询区间和的复杂度为 \mathcal{O}(\sqrt{n})

    此部分代码:

    ll query(ll x, ll y) {
        ll l = pos[x], r = pos[y], ans = 0;
        if(l == r) rep(i, x, y) ans += a[i] + tag[l];
        else {
            rep(i, x, R[l]) ans += a[i] + tag[l];
            rep(i, l+1, r-1) ans += s[i];
            rep(i, L[r], y) ans += a[i] + tag[r];
        }
        return ans;
    }
    

    AC 本题

    将以上代码结合起来即可 AC 本题,总复杂度为 \mathcal{O}(n+m\sqrt{n})完整代码戳我

    习题一 - P2357 守墓人

    基本上是双倍经验,可以稍加修改通过本题。

    例题二 - P2801 教主的魔法

    简要分析

    简要题意:区间加,查询区间内多少个数大于等于 c

    我们可以采用分块,对每一块进行重构排序,然后询问时直接使用二分。

    块内排序

    块内排序在代码中用的比较多,因此我专门写了个函数重构块。

    void reconstruct(int x) {
        rep(i, L[x], R[x]) b[i] = a[i];
        sort(b+L[x], b+1+R[x]);
    }
    

    初始化

    初始化部分主要有一个更改:对于每一块,需要将该块内元素拷贝一遍并排序。

    新初始化复杂度 \mathcal{O}(n\log\sqrt{n}),使用对数换底公式可以知道这个复杂度与 \mathcal{O}(n\log n) 相差为常数,可以视为 \mathcal{O}(n\log n)

    区间加

    区间加对零散块直接暴力加,然后进行重构;因为对整块的加法不改变块内元素顺序,打上整体加法标记即可。

    复杂度 \mathcal{O}(\sqrt{n}\log\sqrt{n})=\mathcal{O}(\sqrt{n}\log n)

    区间大于等于 c 数个数

    零散块直接暴力查询,记得加上整体加法标记。

    对于完整块,在排好序的块内二分找 c-tag_i,因为是排好序的,直接根据下标算即可。

    复杂度 \mathcal{O}(\sqrt{n}\log\sqrt{n})=\mathcal{O}(\sqrt{n}\log n)

    AC 本题

    结合一下以上部分即可 AC 本题,总复杂度为 \mathcal{O}(n\log n+Q\sqrt{n}\log n)。看到数据范围 Q 是比较小的,可以通过。

    完整代码接着戳我

    习题二 - U147831 分块问题 3

    区间加,求区间内 c 的前驱。

    依然是块内排序、查询时二分的思想。

    习题三 - U147840 分块问题 6

    单点插入,单点查询。

    对于每一块维护 vector,插入时遍历每一块找插入点,查询时遍历每一块用 vector 查值即可。

    这一方法可以通过本题,但是因为插入的数随机生成,每一块的插入次数大致均匀。可以通过构造数据的方式卡掉这一做法。

    我选择当一块的 vector 大小超过 8\times sz 的时候将所有 vector 清空并重构,因为重构的次数比较少可以通过本题。

    习题四 - P4145 上帝造题的七分钟 2 / 花神游历各国

    区间开平方根,区间和。

    与线段树做法想法类似,维护每一块的最小值。

    习题五 - U147877 分块问题 8

    查询区间内多少个数为 c,并把区间改为 c

    经过我和几个初二学长的探讨,本题珂朵莉树解法的复杂度没有问题。

    但是毕竟是练习分块,我还是老老实实地写了分块。

    大致想法就是,对每一块记录区间赋值标记,优先级高于每个数的值,初始区间赋值标记设置一个特殊值表示不存在。其他的就比较基础了。

    习题六 - P4168 [Violet]蒲公英

    这题貌似被我咕了好久,到现在都没做。。。

    先放在这里吧,有时间做完再补上(((

    挑战 - 学分块怎么能不做 Ynoi 呢

    写了这么多字,这部分先咕着吧,以后有时间再写(

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