ST算法(Sparse Table),以求最大值为例,设d[i,j]表示[i,i+2^j-1]这个区间内的最大值,那么在询问到[a,b]区间的最大值时答案就是max(d[a,k], d[b-2^k+1,k]),其中k=[ln(b-a+1)/ln(2)](即2^k<=b-a+1(长度))
d的求法可以用动态规划,d[i,j]=max(d[i,j-1],d[i+2^(j-1),j-1])
来看一下ST算法是怎么实现的(以最大值为例):
首先是预处理,用一个DP解决。设a是要求区间最值的数列,f表示从第 i 个数起连续 2^j 个数中的最大值。
例如,数列3 2 4 5 6 8 1 2 9 7 , f[1,0]表示第1个数起,长度为2^0=1的最大值,其实就是3这个数。f[1,2]=5,f[1,3]=8,f[2,0]=2,f[2,1]=4……从这里可以看出 f[i, 0] 其实就等于a。这样,Dp的状态、初值都已经有了,剩下的就是状态转移方程。
我们把f平均分成两段(因为f一定是偶数个数字),从 i 到 i+2^(j-1)-1 为一段,i+2^(j-1) 到 i+2^j-1 为一段(长度都为2^(j-1))。用上例说明,当i=1,j=3时就是3,2,4,5 和 6,8,1,2这两段。f 就是这两段的最大值中的最大值。于是我们得到了动规方程F=max(F,F).
接下来是得出最值,也许你想不到计算出 f 有什么用处。一般想想计算max还是要O(logn),甚至O(n)。但有一个很好的办法,做到了O(1)。
还是分开来。如在上例中我们要求区间[2,8]的最大值,就要把它分成[2,5]和[5,8]两个区间,因为这两个区间的最大值我们可以直接由f[2,2]和f[5,2]得到。扩展到一般情况,就是把区间[l,r]分成两个长度为2^n的区间(保证有f对应)。直接给出表达式:
k:=ln(r-l+1)/ln(2);
ans:=max(F[l,k],F[r-2^k+1,k]);
这样就计算了从 i 开始,长度为 2^t 次的区间和从 r-2^i+1 开始长度为 2^t 的区间的最大值(表达式比较烦琐,细节问题如加1减1需要仔细考虑)。
#include<iostream> #include<algorithm> #include<stdio.h> #include<string> #include<cmath> using namespace std; int number[200]; int dp[200][200]; int main() { for(int i=1;i<=100;i++) dp[i][0]=100-i; int temp=log((double)100)/log(2.0); for(int j=1;j<=temp;j++) { for(int i=1;i<=100-(1<<j)+1;i++) { dp[i][j]=max(dp[i][j-1],dp[i+(1<<(j-1))][j-1]);//注意(1<<(j-1))要加括号 } } //cout<<333<<endl; for(int i=1;i<=100;i++) { for(int j=i+1;j<=100;j++) { int k=log((double)(j-i+1))/log(2.0); cout<<i<<" "<<j<<" "<<max(dp[i][k],dp[j-(1<<k)+1][k])<<endl; } } return 0; }