学习笔记第四节:莫队算法

前话

      有时候我们对于一些区间求解问题,总是想不到什么方法去解决。

      有人说线段树来记录状态,但是使用线段树是状态的转移就不能是O(1)。这时候线段树就没有了自己的优势,如 [国家集训队]数颜色 一题。用线段树维护则显得麻烦。

正题

      所以,我们在这里引入一种新算法:莫队。

      传说能解决一切区间问题的算法(优雅的暴力)

      我们尝试着用暴力来做一下此题[国家集训队]数颜色。

      当然就是每次询问区间,就把这段区间过一下,如果有新的颜色,就ans++。输出答案。

      我们在这个过程中可以发现,我们好像做多了好多冗余的操作。

      例如重复算两段相同的区间,或者算两段有交集的区间。如下图,我们会把红色部分算两次。

学习笔记第四节:莫队算法_第1张图片

      没错,我们当然就想到了用区间转移的方法。

      如果当前(x1,y1)已经处理完毕,我们只需把y1移到y2,加上这段区间的新颜色,x1移到x2,删去这段区间只出现过一次的颜色。

      如果当前(x2,y2)已经处理完毕,我们只需把x2移到x1,加上这段区间的新颜色,y2移到y1,删去这段区间只出现过一次的颜色。

      但是这样做的最差时间复杂度还是很高,一次移动需要n,那么m次移动就需要m*n.

      我们试着排序。(按左端点为第一关键字,右端点位第二关键字)

      还是有极端情况,如(1,1),(1,50000),(2,2),(2,50000)...

      那么这样状态转移,1次也需要n。

      在此引入一种很强的优化:分块

      我们总是习惯于给公式的值分块,但区间分块还是第一次见吧。

      我们把整个区间分为sqrt n块,那么每块的大小都是sqrt n,为什么?方便均摊时间复杂度从而达到最优解。

      那么我们怎么利用分块??

      当然,在排序上用。

      1.对于在同一个块的左端点,按照右端点从小到大排序。

      2.对于不再同一个的左端点,按照左端点从小到大排序。

      这时候我们就会发现,时间复杂度大大降低了。

      对于左端点在同一个块的区间,左端点的总转移时间复杂度为O(sqrt(n)),右端点的转移时间复杂度为O(n).

      而对于左端点不再同一个块的区间,左端点的总转移时间复杂度为O(2*sqrt(n)),右端点的转移时间复杂度为O(n);

      那么我们有sqrt(n)个块,所以我们的时间复杂度就是sqrt(n)*(sqrt(n)+n)=n+sqrt(n)*n;

      暴力就是这样被我们优化到了n*sqrt(n)!!!!!


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