莫队算法详解

这名字···

这个算法是由之前的国家队队长莫涛巨神(Orz….%%%64)发明的,所以尊称莫队算法。

莫队算法

事实上,莫队算法这种东西,应该叫做——

一个优雅的暴力(引自Alan_Cty)

传说中能解决一切区间问题的算法

如果我们知道区间[L,R]的话,那就可以用莫队算法了。

有一种经典的问题:给你一些不带修改的区间询问,要求快速回答

显然,有一些我们可以通过线段树来完成,因为线段树是O(NlogN)

但是,线段树有的东西是维护不了的。

看一个例子

给你一个数列,若干询问,要求回答区间内同种颜色大小。

线段树很难做,怎么办?

用莫队算法!

莫队算法的实质是通过将询问排序,每个询问均由前一个询问(排序后的)转移得来,通过一定的排序优化时间复杂度。往往可以有O(NN)的效果

回到题目
显然对于两次询问L,R的答案。

|LL|+|RR|。这个东西,数学上称之为曼哈顿距离

把每个询问看作是二维平面上的点,那么我们的最小总时间,就是这些点的最小曼哈顿距离生成树, 按照这个树的顺序做,复杂度变成了O(NN)(为什么?不好意思,我不会证),而且这个生成树连边也有特别的技巧,可以去看莫队在知乎上推荐的那篇。

然而这样有一点猥琐

有一个优美方便简洁好理解的替代品

分块大法好!

把整个序列分块,把L本身!)为第二关键字排序。

为什么要分块不能直接排呢?

分块很好的减少了一种情况的影响。

L<L<L′′排序就会浪费非常多的时间。

由于每个块的大小是N

分块使得两个询问之间差异平均到了L,R上。

因此,理论复杂度大约是O(NN)

带上了修改,怎么办?

然后我们继续分块。

把二元组L,R是这次询问在修改第几次后。

然后把R看作第三关键字排序即可。

转移时直接恢复(或删除)两次询问之间的修改。如果在区间内还要计算对答案的影响

然而修改的复杂度不同

最优分块方式是每块N23
左指针移动NN23=N53
右指针移动NN23=N53
修改指针移动(N13)2N=N53

总复杂度N53

在实际操作中,有时取一些什么n10之类的奇葩的数可能更快

有一道板题
http://blog.csdn.net/hzj1054689699/article/details/51880644

另一份
看了楼下的题解,表示什么都看不懂(我没学过普通莫队。。)

于是决定写份题解。。

原版莫队:

时间复杂度O(n*√n),不支持修改,就拿本题为例:

如果我们知道(L,R)区间有多少个不同颜色,我们就可以在O(1)的时间求出(L,R+1)或(L+1,R)或(L-1,R)或(L,R-1)的值

举个例子,

5个数,颜色分别为2 3 1 4 5

我们知道(2,3)的答案为2,要知道(2,4)的答案,我们只需要判断color[4]是否出现过,如果否,那么ans++。无论如何,标记color[4]出现的次数+1。

莫队是一个离线算法,被称为优雅的暴力。

这个算法只是把所有询问记录下来,然后交换回答的顺序,按上面的算法去做。

从(L,R)转移到(L1,R1)的时间复杂度是|L1-L|+|R1-R|,可以证明,整个程序时间复杂度O(n*√n)。 那么怎么交换顺序呢?

只需要先将每个询问的左端点分块,分成√n块,每块√n,最后多出的新开一块,

然后按左端点所在块的序号(L/sqrt(n))为第一关键词,右端点为第二关键词排序就行了。

排序完直接按之前说的转移状态就行了。

至于带修改莫队,我们需要加一个记录询问的变量X,表示在这个询问之前进行了多少次修改。

并且要记录每次修改,修改的位置,修改前的颜色,修改后的颜色。

和普通莫队一样处理,

当碰到一个询问需要X次修改,而当前只执行了X-3次修改,我们就要执行那3次修改。

同样地,如果当前已经执行了X+3次修改,我们就要倒退3次修改。

大概就是这样。。

可以证明时间复杂度O(n^3/5)

代码丑,,因为我改了太久,,很烦。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define rep(i,m,n) for(int i=m;i<=n;i++)
#define dop(i,m,n) for(int i=m;i>=n;i--)
#define lowbit(x) (x&(-x))
#define ll long long
#define INF 2147483647
using namespace std;
inline int read(){
    int s=0,w=1;
    char ch=getchar();
    while(ch<'0'||ch>'9'){if(ch=='-')w=-1;ch=getchar();}
    while(ch>='0'&&ch<='9') s=s*10+ch-'0',ch=getchar();
    return s*w;
}
const int maxn=10010;
const int maxm=10010;
struct Ask{      //记录询问
    int L,R,X,id,lk;        //L,R询问区域,lk左端点所在块
}A[maxm];
struct Do{        //记录修改
    int x,f,t;      //x位置,f原来的颜色,t修改后的颜色
}D[maxm];
int l,r,a[maxn],n,m,color[maxn],ans,len,m1,m2,x,Ans[maxm],c[maxn];
char ch;
void move(int now,int mode){               
    color[a[now]]+=mode;
    if(!color[a[now]]&&mode==-1) ans--;
    if(color[a[now]]==1&&mode==1) ans++;
}
int cmp(const Ask &A,const Ask &B){
    if(A.lk==B.lk) return A.Rreturn A.lkint main(){
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin>>n>>m;
    len=(int)sqrt(n);   //块的大小
    rep(i,1,n)
       cin>>a[i],c[i]=a[i];      //把a数组备份
    rep(i,1,m){
       cin>>ch;
       if(ch=='Q'){
         cin>>A[++m1].L;             //m1询问次数
         cin>>A[m1].R;
         A[m1].X=m2;
         A[m1].id=m1;
         A[m1].lk=(A[m1].L-1)/len+1;  
       }
       else{       //m2修改次数
         cin>>D[++m2].x;     //修改的位置
         D[m2].f=a[D[m2].x];  //保存原来的颜色
         cin>>D[m2].t;       //读入修改后的颜色
         a[D[m2].x]=D[m2].t;  //修改颜色
       }
    }
    rep(i,1,n) a[i]=c[i];   //把a数组还原
    color[a[1]]=1;
    ans=1;
    l=r=1;
    sort(A+1,A+m1+1,cmp);    //把询问排序
    rep(i,1,m1){   //一个一个处理
                         //莫队
       while(x//x是已执行的修改
         Do tmp=D[++x];
         if(l<=tmp.x&&r>=tmp.x){
           color[a[tmp.x]]--;
           ans-=!color[a[tmp.x]];
           a[tmp.x]=tmp.t;
           color[a[tmp.x]]++;
           ans+=color[a[tmp.x]]==1;
         }
         a[tmp.x]=tmp.t;
       }
       while(x>A[i].X){
         Do tmp=D[x--];
         if(l<=tmp.x&&r>=tmp.x){
           color[a[tmp.x]]--;
           ans-=!color[a[tmp.x]];
           a[tmp.x]=tmp.f;
           color[a[tmp.x]]++;
           ans+=color[a[tmp.x]]==1;
         }
         a[tmp.x]=tmp.f;
       }
       Ask tmp=A[i];
       while(l0,-1),l++;       //普通莫队
       while(l>tmp.L) move(l-1,+1),l--;
       while(r1,+1),r++;
       while(r>tmp.R) move(r+0,-1),r--;
       Ans[tmp.id]=ans;
    }
    rep(i,1,m1) printf("%d\n",Ans[i]);
    return 0;
}

感谢洛谷Riven_Yasuo的题解和这篇博客博主Orzhttp://blog.csdn.net/hzj1054689699/article/details/51866615

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