rmq的st算法及模板

 

        RMQ (Range Minimum/Maximum Query)问题是指:对于长度为n的数列A,回答若干询问RMQ(A,i,j)(i,j<=n),返回数列A中下标在i,j里的最小(大)值,也就是说,RMQ问题是指求区间最值的问题。

ST算法:

  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[i,j]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[i,j](j≥1)平均分成两段(因为j≥1时,f[i,j]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[i,j]=max(F[i,j-1],F[i+2^(j-1),j-1])。

  接下来是得出最值,也许你想不到计算出f有什么用处,一般要想想计算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:=trunc(ln(r-l+1)/ln(2));

  ans:=max(F[l,k],F[r-2^k+1,k]);

  这样就计算了从l开始,长度为2^k的区间和从r-2^k+1开始长度为2^k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),二者中的较大者就是整个区间[l,r]上的最大值。

#include <iostream>   
#include <cstdio>   
#include <cmath>   
#define max(a,b) (a>b?a:b)   
#define min(a,b) (a<b?a:b)   
#define MN 50005   
using namespace std;   
int mi[MN][17],mx[MN][17],w[MN];   
int n,q;   
void rmqinit()   
{  
   int i,j,m;   
    for(i=1;i<=n;i++)
    {
        mi[i][0]=mx[i][0]=w[i];
    }   
    m=floor(log((double)n)/log(2.0));   
    for(i=1;i<=m;i++)   
    {
      for(j=n;j>=1;j–)   
        {
          mx[j][i]=mx[j][i-1];   
            if(j+(1<<(i-1))<=n)
                 mx[j][i]=max(mx[j][i],mx[j+(1<<(i-1))][i-1]);
            mi[j][i]=mi[j][i-1];   
            if(j+(1<<(i-1)<=n))
                 mi[j][i]=min(mi[j][i],mi[j+(1<<(i-1))][i-1]);   
         }   
    }   
}   
int rmqmin(int l,int r)   
{
   int m=floor(log((double)(r-l+1))/log(2.0));   
     return min(mi[l][m],mi[r-(1<<m)+1][m]);   
}   
int rmqmax(int l,int r)   
{
   int m=floor(log((double)(r-l+1))/log(2.0));   
     return max(mx[l][m],mx[r-(1<<m)+1][m]);   
}   

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