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给定一个整数序列,有多个查询。每个查询都有一个范围 [l, r],你要找到给定范围 [l, r] 的中位数
查询数量可大至100,000序列长度最大可达10万
不知道有没有数据结构可以支持这样的查询
我的解决方案:
今天咨询了小伙伴,他说用分区树。
我们可以在 nlog(n) 时间内构建一个分区树,并在 log(n) 时间内回答每个查询
划分树其实就是归并排序的过程,只是对于树中的每一个节点,它都保存了到左子树的整数个数。因此,我们可以使用这些信息来处理查询。
这是我的代码:
这个程序是在给定的区间 [l, r] 中找到 x,使下面的方程最小化。
alt text http://acm.tju.edu.cn/toj/3556_01.jpg
解释:
seq保存序列
pos保存排序后的位置
ind 保存索引
cntL保存给定范围内到左树的整数个数
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define N 100008
typedef long long LL;
int n, m, seq[N], ind[N], pos[N], next[N];
int cntL[20][N];
LL sum[20][N], sumL, subSum[N];
void build(int l, int r, int head, int dep)
{
if (l == r)
{
cntL[dep][l] = cntL[dep][l-1];
sum[dep][l] = sum[dep][l-1];
return ;
}
int mid = (l+r)>>1;
int hl = 0, hr = 0, tl = 0, tr = 0;
for (int i = head, j = l; i != -1; i = next[i], j++)
{
cntL[dep][j] = cntL[dep][j-1];
sum[dep][j] = sum[dep][j-1];
if (pos[i] <= mid)
{
next[tl] = i;
tl = i;
if (hl == 0) hl = i;
cntL[dep][j]++;
sum[dep][j] += seq[i];
}
else
{
next[tr] = i;
tr = i;
if (hr == 0) hr = i;
}
}
next[tl] = -1;
next[tr] = -1;
build(l, mid, hl, dep+1);
build(mid+1, r, hr, dep+1);
}
int query(int left, int right, int ql, int qr, int kth, int dep)
{
if (left == right)
{
return ind[left];
}
int mid = (left+right)>>1;
if (cntL[dep][qr] - cntL[dep][ql-1] >= kth)
{
return query(left, mid, left+cntL[dep][ql-1]-cntL[dep][left-1], left+cntL[dep][qr]-cntL[dep][left-1]-1, kth, dep+1);
}
else
{
sumL += sum[dep][qr]-sum[dep][ql-1];
return query(mid+1, right, mid+1+ql-left-(cntL[dep][ql-1]-cntL[dep][left-1]), mid+qr+1-left-(cntL[dep][qr]-cntL[dep][left-1]), \
kth-(cntL[dep][qr]-cntL[dep][ql-1]), dep+1);
}
}
inline int cmp(int x, int y)
{
return seq[x] < seq[y];
}
int main()
{
int ca, t, i, j, middle, ql, qr, id, tot;
LL ans;
scanf("%d", &ca);
for (t = 1; t <= ca; t++)
{
scanf("%d", &n);
subSum[0] = 0;
for (i = 1; i <= n; i++)
{
scanf("%d", seq+i);
ind[i] = i;
subSum[i] = subSum[i-1]+seq[i];
}
sort(ind+1, ind+1+n, cmp);
for (i = 1; i <= n; i++)
{
pos[ind[i]] = i;
next[i] = i+1;
}
next[n] = -1;
build(1, n, 1, 0);
printf("Case #%d:\n", t);
scanf("%d", &m);
while (m--)
{
scanf("%d%d", &ql, &qr);
ql++, qr++;
middle = (qr-ql+2)/2;
sumL= 0;
id = query(1, n, ql, qr, middle, 0);
ans = subSum[qr]-subSum[ql-1]-sumL;
tot = qr-ql+1;
ans = ans-(tot-middle+1)*1ll*seq[id]+(middle-1)*1ll*seq[id]-sumL;
printf("%lld\n", ans);
}
puts("");
}
}
最佳答案
这称为范围中值查询问题。以下论文可能相关:Towards Optimal Range Medians . (免费链接,感谢 belisarius)。
摘自论文摘要:
We consider the following problem: Given an unsorted array of n elements, and a sequence of intervals in the array, compute the median in each of the subarrays defined by the intervals. We describe a simple algorithm which needs O(nlogk+klogn) time to answer k such median queries. This improves previous algorithms by a logarithmic factor and matches a comparison lower bound for k=O(n). The space complexity of our simple algorithm is O(nlogn) in the pointer machine model, and O(n) in the RAM model. In the latter model, a more involved O(n) space data structure can be constructed in O(nlogn) time where the time per query is reduced to O(logn/loglogn). We also give efficient dynamic variants of both data structures, achieving O(log^2n) query time using O(nlogn) space in the comparison model and O((logn/loglogn)^2) query time using O(nlogn/loglogn) space in the RAM model, and show that in the cell-probe model, any data structure which supports updates in O(log^O(1)n) time must have Ω(logn/loglogn) query time.
Our approach naturally generalizes to higher-dimensional range median problems, where element positions and query ranges are multidimensional—it reduces a range median query to a logarithmic number of range counting queries.
当然,您可以在 O(n^3) 时间(甚至可能是 O(n^2logn) 时间)和 O(n^2) 空间内对整个数组进行预处理,以便能够在 O( 1)时间。
附加约束可能有助于简化解决方案。例如,我们是否知道 r-l 将小于已知常数?等等……
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