CDQ分治（学习笔记）

离线算法——CDQ分治

　　CDQ （SHY）显然是一个人的名字，陈丹琪（MM）（NOI2008金牌女选手）。

• 从归并开始（这里并没有从逆序对开始，是想直接引入分治思想，而不是引入处理对象）

　　一个很简单的归并排序：一个乱序的数列，每次将其折半，类似于线段树这样的数据结构，每个子区间先处理好，最后汇总到上一层。

其中层数不超过log(n)层，每次处理的复杂度是O(n)的，因此其复杂度为O(nlogn)。

　　code：

void merge_sort(int l,int r)
{
    if(l==r)return;
    int mid=(l+r>>);
    merge_sort(l,mid);merge_sort(mid+,r);
    int i=l,j=mid+,k=l;
    while(i<=mid&&j<=r)
    {
        if(a[i]<a[j])t[k++]=a[i++];
        else t[k++]=a[j++];
    }
    while(i<=mid)t[k++]=a[i++];
    while(j<=r)t[k++]=a[j++];
    go(i,l,r)a[i]=t[i];
}

• 　　简单应用（逆序对）

　　逆序对就是求数列中满足i<j&&a[i]>a[j]的二元组(i,j)的对数。

　　举个栗子（真好吃）：1,4,3,8,4,3,8(val)

　　　　　　　　　　　　1,2,3,4,5,6,7(pos)

　　对于pos：(2,3),(2,6),(4,5),(4,6),(5,6)都是逆序对

　　于是就我们可以由归并的性质：因为pos已经天然有序，因此我们只要看val就可以了。

　　在merge时，如果右边的当前位置j比左边的位置i小，那么它一定比[i,mid]中的所有数都小，因此ans+=mid-i+1。

• 　　从逆序对到二维偏序问题

　　二维偏序问题其实就是把逆序对的pos打乱，且会重复，它可以理解为在平面直角坐标系中，有n个点(i,j)，求每个点和(0,0)形成的矩形内有多少个点。

　　双关键字排序后直接树状数组即可：

　　例题：二维偏序

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#define lowbit(x) (x&-x)
using namespace std;
const int N=;
struct star
{
    int x,y;
}s[N];
long long tarr[N];
int n;
long long ans;

bool cmp(star a,star b)
{
    return a.x==b.x?a.y<b.y:a.x<b.x;
}

void add(int pos,int val)
{
    while(pos<=N)
    {
        tarr[pos]+=val;
        pos+=lowbit(pos);
    }
}

int query(int pos)
{
    int res=;
    while(pos)
    {
        res+=tarr[pos];
        pos-=lowbit(pos);
    }return res;
}

int main()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=;i<=n;i++)
    {
        scanf("%d%d",&s[i].x,&s[i].y);
    }
    sort(s+,s++n,cmp);
    for(int i=;i<=n;i++)
    {
        ans+=query(s[i].y);
        add(s[i].y,);
    }
    cout<<ans;
}

• 　　 从二维偏序到三维偏序

　　板子：陌上花开

　　有了之前的基础，三维偏序也很简单：

　　我们按三关键字排序，(优先级a>b>c)，对第二位进行归并排序，在merge时，对于左边的i和右边的j，如果第二维满足(bi<bj)，则在树状数组中加入ci,直到存在某个b_i不满足此关系，则j可以查询树状数组中所有c_i<c_j的三元组，由于之前对第一维的排序和对第二维的归并，前两维一定是满足条件的。这里有个去重还是挺烦的。

code:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#define lowbit(x) (x&-x)
using namespace std;
const int N=;
const int M=;
struct node
{
    int a,b,c,f,w;
}e[N],t[N];
int cnt;
int n,m;
int ans[N];
int tarr[M];

bool cmp(node x,node y)
{
    return x.a==y.a?(x.b==y.b?x.c<y.c:x.b<y.b):x.a<y.a;
}

void add(int pos,int val)
{
    while(pos<=m)
    {
        tarr[pos]+=val;
        pos+=lowbit(pos);
    }
}

int query(int pos)
{
    int res=;
    while(pos)
    {
        res+=tarr[pos];
        pos-=lowbit(pos);
    }return res;
}

void CDQ(int l,int r)
{
    if(l==r)return;
    int mid=(l+r>>);
    CDQ(l,mid);CDQ(mid+,r);
    int i=l,j=mid+,k=l;
    while(i<=mid&&j<=r)
    {
        if(e[i].b<=e[j].b)add(e[i].c,e[i].w),t[k++]=e[i++];
        else e[j].f+=query(e[j].c),t[k++]=e[j++];
    }
    while(i<=mid)add(e[i].c,e[i].w),t[k++]=e[i++];
    while(j<=r)e[j].f+=query(e[j].c),t[k++]=e[j++];
    for(int i=l;i<=mid;i++)add(e[i].c,-e[i].w);
    for(int i=l;i<=r;i++)e[i]=t[i];
}

int main()
{
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=;i<=n;i++)
    scanf("%d%d%d",&e[i].a,&e[i].b,&e[i].c),e[i].w=;
    sort(e+,e++n,cmp);
    cnt=;
    for(int i=;i<=n;i++)
    {
        if(e[i].a==e[cnt].a&&e[i].b==e[cnt].b&&e[i].c==e[cnt].c)
        e[cnt].w++;
        else e[++cnt]=e[i];
    }
    CDQ(,cnt);
    for(int i=;i<=cnt;i++)ans[e[i].f+e[i].w-]+=e[i].w;
    for(int i=;i<n;i++)printf("%d\n",ans[i]);
}    

• 　　应用：

　　Mokia

　　这是一个三维偏序问题，我们把时间当做第一维，x当做第二维，y当做第三维。

　　按照处理三维偏序的思路，我们先按(t>x>y)排序，对x进行归并，对y进行树状数组。

　　但是此题的查询比较烦：它查询的是矩阵前缀和。因此对每个查询，我们要处理四个区间的前缀和。这里我把一次询问拆成了四次询问。

　　具体细节看code：

　　

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#define lowbit(x) (x&-x)
using namespace std;
const int W=;
const int Q=;
struct node
{
    int id,x,y,t,sum;//id为时间，t为类型（add还是query），t=0，sum为添加的值，
                     //t=1，sum为返回值
}e[Q],t[Q];
int cnt;
int tarr[W];

inline int read()
{
    int x=,f=;char ch=getchar();
    while(ch<''||ch>''){if(ch=='-')f=-;ch=getchar();}
    while(ch>=''&&ch<=''){x=x*+ch-'';ch=getchar();}
    return x*f;
}

int w;

bool cmp(node a,node b)
{
    return a.id==b.id?(a.x==b.x?a.y<b.y:a.x<b.x):a.id<b.id;
}

bool cmp2(node a,node b)
{
    return a.id<b.id;
}

void add(int pos,int val)
{
    while(pos<=W)
    {
        tarr[pos]+=val;
        pos+=lowbit(pos);
    }
}

int query(int pos)
{
    int res=;
    while(pos)
    {
        res+=tarr[pos];
        pos-=lowbit(pos);
    }return res;
}

void CDQ(int l,int r)//CDQ分治和归并板子其实没啥本质区别
{
    if(l==r)return;
    int mid=(l+r>>);
    CDQ(l,mid);CDQ(mid+,r);
    int i=l,j=mid+,k=l;//基本操作
    while(i<=mid&&j<=r)
    {
        if(e[i].x<=e[j].x)//对第二维进行归并，如果满足条件，把第三维的贡献放到树状数组里
        {
            if(e[i].t==)add(e[i].y,e[i].sum);//此时t需要为0
            t[k++]=e[i++];
        }
        else
        {
            if(e[j].t==)e[j].sum+=query(e[j].y);//如果已经没有满足条件的x了，我们就进行统计
            t[k++]=e[j++];//此时t需要为1
        }
    }
    while(i<=mid)
    {
        if(e[i].t==)
        add(e[i].y,e[i].sum);
        t[k++]=e[i++];
    }
    while(j<=r)
    {
        if(e[j].t==)
        e[j].sum+=query(e[j].y);
        t[k++]=e[j++];
    }//统计剩下的
    for(int i=l;i<=mid;i++)if(e[i].t==)add(e[i].y,-e[i].sum);//必须要清空树状数组
    for(int i=l;i<=r;i++)
    e[i]=t[i];
}

int main()
{
    while()
    {
        int cid=read();
        if(cid==)w=read();
        if(cid==)
        {
            int x=read()+,y=read()+,z=read();
            e[++cnt]=(node){cnt,x,y,,z}; //结构体直接读取
        }
        if(cid==)
        {
            int i=read(),j=read(),x=read()+,y=read()+;//x，y可能为0，树状数组会爆
            e[++cnt]=(node){cnt,i,j,,};//因此它们都要加一，对结果无影响
            e[++cnt]=(node){cnt,i,y,,};
            e[++cnt]=(node){cnt,x,j,,};
            e[++cnt]=(node){cnt,x,y,,};//一个询问拆成四个询问
        }
        if(cid==)break;
    }
    sort(e+,e++cnt,cmp);//对第一维排序
    CDQ(,cnt);
    sort(e+,e++cnt,cmp2);//查询之前一定要按时间排好序，因为已经按第二维归并了一遍
    for(int i=;i<=cnt;i++)
    {
        int ans=;
        if(e[i].t==)
        {
            int a=e[i].sum,b=e[i+].sum,c=e[i+].sum,d=e[i+].sum;
            ans=a-b-c+d;printf("%d\n",ans);//遇到查询，4个合并起来就是最终答案
            i+=;
        }
    }
}

　　二维偏序很好懂，三维偏序太难画，所以这里就不放图了

　　完美撒花✿✿ヽ(°▽°)ノ✿

　　——Thranduil