sdut 2610:Boring Counting（第四届山东省省赛原题，划分树 + 二分）
Boring Counting
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题目描述
In this problem you are given a number sequence P consisting of N integer and Pi is the ith element in the sequence. Now you task is to answer a list of queries, for each query, please tell us among [L, R], how many Pi is not less than A and not greater than B( L<= i <= R). In other words, your task is to count the number of Pi (L <= i <= R, A <= Pi <= B).
输入
In the first line there is an integer T (1 < T <= 50), indicates the number of test cases.
For each case, the first line contains two numbers N and M (1 <= N, M <= 50000), the size of sequence P, the number of queries. The second line contains N numbers Pi(1 <= Pi <= 10^9), the number sequence P. Then there are M lines, each line contains four number L, R, A, B(1 <= L, R <= n, 1 <= A, B <= 10^9)
For each case, the first line contains two numbers N and M (1 <= N, M <= 50000), the size of sequence P, the number of queries. The second line contains N numbers Pi(1 <= Pi <= 10^9), the number sequence P. Then there are M lines, each line contains four number L, R, A, B(1 <= L, R <= n, 1 <= A, B <= 10^9)
输出
For each case, at first output a line ‘Case #c:’, c is the case number start from 1. Then for each query output a line contains the answer.
示例输入
1 13 5 6 9 5 2 3 6 8 7 3 2 5 1 4 1 13 1 10 1 13 3 6 3 6 3 6 2 8 2 8 1 9 1 9
示例输出
Case #1: 13 7 3 6 9
提示
来源
2013年山东省第四届ACM大学生程序设计竞赛
划分树 + 二分（据说归并树也可以做）。
题意：给你T组测试数据，每一组测试数据开始有两个整数N和M。分别表示下一行要输入N个整数，后面接着有M行询问，每行询问有4个整数 L,R,A,B，表示在区间 [L,R] 中查找 A<=Pi<=B 的数有多少个，输出数的个数。
思路：
这道题最直接的思路是对要求的区间排一下序，然后依次判断比较，记录下在范围[A,B]之内的数有多少个，即为结果。但是M即询问的次数范围在[1,50000]，如果每询问一次都要排一次序的话，时间消耗过大，所以上来直接pass掉这种思路。
这道题最直接的思路是对要求的区间排一下序，然后依次判断比较，记录下在范围[A,B]之内的数有多少个，即为结果。但是M即询问的次数范围在[1,50000]，如果每询问一次都要排一次序的话，时间消耗过大，所以上来直接pass掉这种思路。
因为这道题是基于区间查询，所以接下来我很自然的就想到了“线段树”。线段树的每一个节点代表一个区间，节点中存储的值为区间的特定值，在这里我用节点区间中的最大值，最小值，即数值范围，来表示这个特定值。查询的时候，先找到要找的区间，然后递归下去寻找这个区间内的值有多少个是在数值范围内。如果找到这个区间，发现这个区间的最小值都比[A,B]中的上限B要大，或者最大值都比下限A要小。说明这个区间内没有一个是符合要求的，这个节点代表的整个子树就不用找了。如此，会节约不少时间。
但是线段树的方法也会超时，比赛的时候看到TLE可是苦思冥想了好久，想了各种优化的方法。无奈，还是没能用线段树解出这道题。
后来比赛结束后查题解，才知道原来还有"划分树"这种神奇的东西。划分树是基于线段树的，但是我感觉它只继承了线段树“基于区间”的特点，其他的感觉我觉得倒没有什么联系。划分树主要是用来解决“区间第k大的数”问题。下面就让我具体的来讲讲如何用划分树解决这道题。
大家需要先大体了解一下什么是“划分树”，它的作用是“快速求出某一区间内第k大的元素”，例如数列“1,2,3,4,5,6,7,8"，区间[3,6]内第1大的值就是3。
那么如何用这个特性求出某一区间内数值在[A,B]范围内的数有多少个呢？
举个例子：数列“1,5,6,3,8,4,4,2”，L,R,A,B分别为3,6,4,7，即在区间[3,6]范围内查找数值在[4,7]的数有多少个。很显然，这里要查找的区间就是"6,3,8,4"，4<=Pi<=7的数有2个。
用划分树的思路来解决这个问题。先求出这个区间范围内第1大的数是多少，这里是3,拿它和下限 4(A) 来比较，比这个数小，说明不在这个数值范围内。然后求出第2大的数是4,和下限4(A)比较，在这个范围内，记录下它是第几大的数，标记为down，代表 >= 下限A的第一个数是第几大的数，这里为2（第二大的数）。同理，再依次和上限7(B)比较，求出第一个 <= 上限B的数是第几大的数，标记为up，代表 <= 上限B的数是第几大的数，这里为3。这之间包含了多少个数即为要求得的结果，即（up-down+1） 。
刚才的思路利用划分树顺序查找锁定up和down的值，这样未免会太慢。这道题对速度的要求还是比较高的，所以这里就要用到“二分"的思想。什么是二分呢？举个例子，如果查询区间为[1,8]，要求数值范围为[3,6]的数有多少个，先求down。可以先用中间那个数来和下限3比较，即用第4大的数和下限比较，如果比下限小，说明个要找的数在第4大的数右边，下一步再用4和8的中间值，即第6大的数和下限比较，最后得到down的值。同理可以求出up的值。这样一来，速度上又进行了一次优化。
参考资料：
代码（带注释）：
1 #include <iostream>
2 #include <stdio.h>
3 #include <algorithm>
4 using namespace std;
5 #define MAXN 100005
6 struct Divide_tree{
7 int arr[MAXN]; //原数组
8 int sorted[MAXN]; //排序后数组
9 int sum[20][MAXN]; //记录第i层1~j划分到左子树的元素个数(包括j）
10 int dat[20][MAXN]; //记录第i层元素序列
11 void build(int c,int L,int R) //建树，主要是建立sum[][]和dat[][]数组
12 {
13 int mid = (L+R)>>1;
14 int lsame = mid-L+1; //lsame用来记录和中间值val_mid相等的，且可以分到左孩子的数的个数
15 //简单来说就是可以放入左孩子的,与中间值val_mid相等的数的个数
16 int lp=L,rp=mid+1; //当前节点的左孩子和右孩子存数的起点
17 for(int i=L;i<mid;i++) //获得一开始的lsame
18 if(sorted[i]<sorted[mid])
19 lsame--;
20 for(int i=L;i<=R;i++){ //从前往后遍历一遍，
21 //确定当前节点区间内的所有元素的归属（放在左孩子或者放在右孩子）
22 if(i==L) sum[c][i]=0;
23 else sum[c][i]=sum[c][i-1];
24 if(dat[c][i]<sorted[mid]){ //当前元素比中间值val_mid小，放入左孩子
25 dat[c+1][lp++] = dat[c][i];
26 sum[c][i]++;
27 }
28 else if(dat[c][i]>sorted[mid]) //当前元素比中间值val_mid大，放入右孩子
29 dat[c+1][rp++] = dat[c][i];
30 else{ //当前元素值与中间值val_mid相等，根据lsame数判断放入左孩子还是右孩子
31 if(lsame){
32 lsame--;
33 sum[c][i]++;
34 dat[c+1][lp++]=sorted[mid];
35 }
36 else{
37 dat[c+1][rp++]=sorted[mid];
38 }
39 }
40 }
41 if(L==R) return ; //递归出口，遇到叶子节点
42 build(c+1,L,mid); //递归进入左孩子区间
43 build(c+1,mid+1,R); //递归进入右孩子区间
44 }
45 int query(int c,int L,int R,int ql,int qr,int k)
46 {
47 //c为树的层数，L,R为当前节点的区间范围，ql,qr为查询的区间范围，k为查询范围内第k大的数
48 if(L==R) //递归出口，返回第k大的数
49 return dat[c][L];
50 int s; //记录[L,ql-1]中进入左孩子的元素的个数
51 int ss; //记录[ql,qr]中进入左孩子的元素的个数
52 int mid=(L+R)>>1;
53 if(L==ql){ //端点重合的情况，单独考虑
54 s=0;
55 ss=sum[c][qr];
56 }
57 else {
58 s=sum[c][ql-1];
59 ss=sum[c][qr]-s;
60 }
61 if(k<=ss) //左孩子的元素个数大于k个，说明第k大的元素一定在左孩子区间中，到左孩子中查询
62 return query(c+1,L,mid,L+s,L+s+ss-1,k);
63 else
64 return query(c+1,mid+1,R,mid+1+ql-s-L,mid+1+qr-s-ss-L,k-ss);
65 }
66 };
67 Divide_tree tree;
68 int L,R,A,B;
69 int N,M;
70 int downbearch(int low,int high) //找到第一个比B小的数是 第几大的数（用划分树）
71 {
72 int mid = (low+high+1)>>1;
73 while(low<high){
74 if( tree.query(0,1,N,L,R,mid)<=B ) //查询第mid大的数是否比下界B小。
75 //如果mid比B小，说明要找的位置在mid右边，low应该右移，即
76 low = mid;
77 else //否则，说明要找的位置应该在mid左边，即
78 high = mid-1;
79 mid = (low+high+1)>>1;
80 }
81 if( tree.query(0,1,N,L,R,mid)<=B ) //找到了
82 return mid;
83 else
84 return -1;
85 }
86 int upbearch(int low,int high) //找到第一个比A大的数是 第几大的数（用划分树）
87 {
88 int mid = (low+high+1)>>1;
89 while(low<high){
90 if( tree.query(0,1,N,L,R,mid)>=A ) //查询第mid大的数是否比上界A大。
91 //如果mid比A大，说明要找的位置在mid左边，high应该左移，即
92 high = mid;
93 else //否则，说明要找的位置应该在mid右边，即
94 low = mid+1;
95 mid = (low+high)>>1;
96 }
97 if(tree.query(0,1,N,L,R,mid)>=A ) //找到了
98 return mid;
99 else
100 return -1;
101 }
102 int main()
103 {
104 int i,Case,T;
105 scanf("%d",&T);
106 for(Case=1;Case<=T;Case++){
107 scanf("%d%d",&N,&M);
108 for(i=1;i<=N;i++){ //输入
109 scanf("%d",&tree.arr[i]);
110 tree.sorted[i]=tree.dat[0][i]=tree.arr[i];
111 }
112 sort(tree.sorted+1,tree.sorted+N+1);
113 tree.build(0,1,N);
114 printf("Case #%d:\n",Case);
115 for(i=1;i<=M;i++){
116 scanf("%d%d%d%d",&L,&R,&A,&B);
117 int up = downbearch(1,R-L+1);
118 int down = upbearch(1,R-L+1);
119 if(up==-1||down==-1||A>B||L>R)
120 printf("0\n");
121 else printf("%d\n",up-down+1);
122 }
123 }
124 return 0;
125 }
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