线段树与等差数列

等差数列

为了检验学生的掌握情况，jyy布置了一道习题：给定一个长度为N（1≤N≤100,000）的数列，初始时第i个数为vi（vi是整数，−100,000≤vi≤100,000），学生们要按照jyy的给出的操作步骤来改变数列中的某些项的值。操作步骤的具体形式为：A s t a b （s,t,a,b均为整数，1≤s≤t≤N，−100,000≤a,b≤100,000），它表示，在序列的[s,t]区间上加上初值为a，步长为b的等差数列。即vi变为vi+a+b×(i−s)（对于s≤i≤t）。

在焦头烂额地计算之余，可怜的火星学生们还得随时回答jyy提出的问题。问题形式为：B s t（s,t均为整数，1≤s≤t≤N），表示jyy询问当前序列的[s,t]区间最少能划分成几段，使得每一段都是等差数列。比如说1 2 3 5 7最少能划分成22段，一段是1 2 3，另一段是5 7。询问是需要同学们计算出答案后，作为作业交上来的。

虽然操作数加问题数总共只有Q（1≤Q≤100,000）个，jyy还是觉得这个题很无聊很麻烦。于是他想让你帮他算一份标准答案。

题解

推荐kskun的博客。

首先看到加等差数列就应该想到差分。令bi=ai+1-ai。

那么参考如下差分序列和原序列的对应

1 2 3 (4 4 4) 1 2 (3 3) 1 2
1 2 4 (7 11 15 19) 20 (22 25 28) 29 31

发现差分数列的连续相同值对应了原序列的等差数列。这部分显然应该分到一起。

至于那些零散值，一个就对应了长度为2的等差数列。经过讨论，我们得到如下简便算法：

  1. 零散段在区间两端，划分数+=区间长除以2上取整。
  2. 零散段在区间中间，划分数+=区间长除以2下取整。

线段树节点记下这个区间左右两端的零散值长度、左右两端点值（合并区间时检查左儿子的右端和右儿子的左端是否值相等，即并成一个等差数列）、除了零散值以外的那一段能够划分成最少多少等差数列、区间长度。

合并的时候讨论带合并的区间有没有纯零散值的，左右间隔处的情况即可。

时间复杂度 O(n log n)。

CO int N=100000+10;
int val[N];

struct node{
	int siz,lval,rval;
	int llen,rlen,div;
	IN void add_tag(int v){
		lval+=v,rval+=v;
	}
};
node operator+(CO node&a,CO node&b){
	node ans=(node){a.siz+b.siz,a.lval,b.rval};
	ans.div=a.div+b.div;
	bool flag=a.rval==b.lval;
	if(a.div==0 and b.div==0){
		if(flag) ans.llen=a.llen-1,ans.rlen=b.rlen-1,++ans.div;
		else ans.llen=ans.rlen=ans.siz;
		return ans;
	}
	else if(a.div==0){
		ans.rlen=b.rlen;
		if(flag){
			ans.llen=a.llen-1;
			if(b.llen) ans.div+=(b.llen-1)/2+1;
		}
		else ans.llen=a.siz+b.llen;
		return ans;
	}
	else if(b.div==0){
		ans.llen=a.llen;
		if(flag){
			ans.rlen=b.rlen-1;
			if(a.rlen) ans.div+=(a.rlen-1)/2+1;
		}
		else ans.rlen=b.siz+a.rlen;
		return ans;
	}
	ans.llen=a.llen,ans.rlen=b.rlen;
	if(a.rlen==0 and b.llen==0){
		if(flag) --ans.div;
		return ans;
	}
	else if(a.rlen==0){
		if(flag) ans.div+=(b.llen-1)/2;
		else ans.div+=b.llen/2;
		return ans;
	}
	else if(b.llen==0){
		if(flag) ans.div+=(a.rlen-1)/2;
		else ans.div+=a.rlen/2;
		return ans;
	}
	int add=(a.rlen+b.llen)/2;
	if(flag) add=min(add,(a.rlen-1)/2+1+(b.llen-1)/2);
	ans.div+=add;
	return ans;
}

node tree[4*N];
int tag[4*N];

#define lc (x<<1)
#define rc (x<<1|1)
#define mid ((l+r)>>1)
IN void push_down(int x){
	if(tag[x]){
		tree[lc].add_tag(tag[x]),tag[lc]+=tag[x];
		tree[rc].add_tag(tag[x]),tag[rc]+=tag[x];
		tag[x]=0;
	}
}
void build(int x,int l,int r){
	if(l==r){
		tree[x]=(node){1,val[l],val[l],1,1,0};
		return;
	}
	build(lc,l,mid),build(rc,mid+1,r);
	tree[x]=tree[lc]+tree[rc];
}
void change(int x,int l,int r,int ql,int qr,int v){
	if(ql<=l and r<=qr){
		tree[x].add_tag(v),tag[x]+=v;
		return;
	}
	push_down(x);
	if(ql<=mid) change(lc,l,mid,ql,qr,v);
	if(qr>mid) change(rc,mid+1,r,ql,qr,v);
	tree[x]=tree[lc]+tree[rc];
}
node query(int x,int l,int r,int ql,int qr){
	if(ql<=l and r<=qr) return tree[x];
	push_down(x);
	if(qr<=mid) return query(lc,l,mid,ql,qr);
	if(ql>mid) return query(rc,mid+1,r,ql,qr);
	return query(lc,l,mid,ql,qr)+query(rc,mid+1,r,ql,qr);
}

signed main(){
	int n=read<int>();
	for(int i=1;i<=n;++i) read(val[i]);
	for(int i=1;i<=n;++i) val[i]=val[i+1]-val[i];
	--n,build(1,1,n);
	for(int q=read<int>();q--;){
		char opt[2];scanf("%s",opt);
		if(opt[0]=='A'){
			int l=read<int>(),r=read<int>(),a=read<int>(),b=read<int>();
			if(l>1) change(1,1,n,l-1,l-1,a);
			if(r<=n) change(1,1,n,r,r,-(a+(r-l)*b));
			if(l<r) change(1,1,n,l,r-1,b);
		}
		else{
			int l=read<int>(),r=read<int>();
			if(l==r){
				puts("1");
				continue;
			}
			node x=query(1,1,n,l,r-1);
			int ans=(r-l+1+1)/2;
			ans=min(ans,x.div+(x.llen+1)/2+(x.rlen+1)/2);
			printf("%lld\n",ans);
		}
	}
	return 0;
}

算术天才⑨与等差数列

给出一个长度为 N 的序列，需要支持以下两个操作：

  1. 单点修改
  2. 询问每个区间内数字升序排列后是否为等差数列·

N ≤ 100000, M ≤ 200000, datai ≤ 109

题解

若想知道区间内数是否能够成等差数列，显然要求出区间内的最值（即数列首项和末项），则即可算出对应的公差。

注意到若区间内数能成等差数列，则需满足下列中的一项：

  1. 公差为零；
  2. 公差不为零，则数列内无相同元素，那么公差为相邻的数值差的最大公因数。

于是需要维护，区间最大值最小值，差分数列的区间 gcd，以及每个数前驱相同元素的位置。维护每个数前驱相同元素的位置可以用 map 套 set。

可能是错的？

维护区间最大值，最小值，和，平方和，然后来判断。

等差数列平方和公式暴力展开就行了。

有人说能卡掉？

typedef __int128 LL;

CO int N=300000+10;
struct node{
	int min,max;
	LL sum1,sum2;
};
node operator+(CO node&a,CO node&b){
	return (node){
		min(a.min,b.min),max(a.max,b.max),
		a.sum1+b.sum1,a.sum2+b.sum2
	};
}

node tree[4*N];
#define lc (x<<1)
#define rc (x<<1|1)
void build(int x,int l,int r){
	if(l==r){
		int v=read<int>();
		tree[x]=(node){v,v,v,(LL)v*v};
		return;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	build(lc,l,mid),build(rc,mid+1,r);
	tree[x]=tree[lc]+tree[rc];
}
void change(int x,int l,int r,int p,int v){
	if(l==r){
		tree[x]=(node){v,v,v,(LL)v*v};
		return;
	}
	int mid=(l+r)>>1;
	if(p<=mid) change(lc,l,mid,p,v);
	else change(rc,mid+1,r,p,v);
	tree[x]=tree[lc]+tree[rc];
}
node query(int x,int l,int r,int ql,int qr){
	if(ql<=l and r<=qr) return tree[x];
	int mid=(l+r)>>1;
	if(qr<=mid) return query(lc,l,mid,ql,qr);
	if(ql>mid) return query(rc,mid+1,r,ql,qr);
	return query(lc,l,mid,ql,qr)+query(rc,mid+1,r,ql,qr);
}

int main(){
	int n=read<int>(),m=read<int>();
	build(1,1,n);
	int yes=0;
	while(m--){
		if(read<int>()==1){
			int p=read<int>()^yes,v=read<int>()^yes;
			change(1,1,n,p,v);
		}
		else{
			int l=read<int>()^yes,r=read<int>()^yes,k=read<int>()^yes;
			bool valid=1;
			node x=query(1,1,n,l,r);
			if(x.max-x.min!=(LL)(r-l)*k) valid=0;
			if(x.sum1!=(LL)(x.min+x.max)*(r-l+1)/2) valid=0;
			if(x.sum2!=(LL)(r-l+1)*x.min*x.min+(LL)2*k*(r-l)*(r-l+1)/2*x.min
			+(LL)k*k*(r-l)*(r-l+1)*(2*r-2*l+1)/6) valid=0;
			puts(valid?"Yes":"No"),yes+=valid;
		}
	}
	return 0;
}

4302 Interval GCD 0x40「数据结构进阶」例题

描述

给定一个长度为N的数列A，以及M条指令 (N≤5*10^5, M<=10^5)，每条指令可能是以下两种之一：
“C l r d”，表示把 A[l],A[l+1],…,A[r] 都加上 d。
“Q l r”，表示询问 A[l],A[l+1],…,A[r] 的最大公约数(GCD)。

输入格式

第一行两个整数N,M，第二行N个整数Ai，接下来M行每条指令的格式如题目描述所示。

输出格式

对于每个询问，输出一个整数表示答案。

样例输入

5 5
1 3 5 7 9
Q 1 5
C 1 5 1
Q 1 5
C 3 3 6
Q 2 4

样例输出

1
2
4

数据范围与约定

  • N,M≤2*10^5，l<=r，数据保证任何时刻序列中的数都是不超过2^62-1的正整数。
        </article>

分析

根据“更相减损术”，\(gcd(x,y,z)=gcd(x,y-x,z-y)\)，所以

\[\gcd_{i=l}^r A[l] = \gcd(A[l],\gcd_{i=l+1}^r(A[i]-A[i-1])) \]

所以用线段树维护差分序列的gcd，在线段树上单点修改区间查询；然后是要区间修改单点查询原序列的值，用树状数组维护新差分序列即可。

时间复杂度\(O(M \log N)\)

co int N=5e5+1;
int n,m;
ll a[N],b[N],c[N];
#define lowbit(i) (i&-i)
void add(int p,ll v){
	for(;p<=n;p+=lowbit(p)) c[p]+=v;
}
ll ask(int p){
	ll re=0;
	for(;p;p-=lowbit(p)) re+=c[p];
	return re;
}
ll s[N*4];
ll gcd(ll a,ll b) {return b?gcd(b,a%b):a;}
#define lc (x<<1)
#define rc (x<<1|1)
void build(int x,int l,int r){
	if(l==r) return s[x]=b[l],void();
	int mid=l+r>>1;
	build(lc,l,mid),build(rc,mid+1,r);
	s[x]=gcd(s[lc],s[rc]);
}
void change(int x,int l,int r,int p){
	if(l==r) return s[x]=b[l],void();
	int mid=l+r>>1;
	if(p<=mid) change(lc,l,mid,p);
	else change(rc,mid+1,r,p);
	s[x]=gcd(s[lc],s[rc]);
}
ll query(int x,int l,int r,int ql,int qr){
	if(ql>qr) return 0;
	if(ql<=l&&r<=qr) return s[x];
	int mid=l+r>>1;
	if(qr<=mid) return query(lc,l,mid,ql,qr);
	if(ql>mid) return query(rc,mid+1,r,ql,qr);
	return gcd(query(lc,l,mid,ql,qr),query(rc,mid+1,r,ql,qr));
}
int main(){
//	freopen("CH4302.in","r",stdin),freopen("CH4302.out","w",stdout);
	read(n),read(m);
	for(int i=1;i<=n;++i) b[i]=read(a[i])-a[i-1];
	build(1,1,n); // edit 1: reserve for changing b[1]
	for(int l,r;m--;){
		static char op[2];
		scanf("%s",op),read(l),read(r);
		if(op[0]=='C'){
			ll d=read<ll>(); // edit 2
			b[l]+=d,change(1,1,n,l),add(l,d);
			if(r+1<=n) b[r+1]-=d,change(1,1,n,r+1),add(r+1,-d);
		}
		else printf("%lld\n",llabs(gcd(a[l]+ask(l),query(1,1,n,l+1,r))));
	}
	return 0;
}

LG1438 无聊的数列

区间加等差数列和单点询问。

可以维护差分数组。也可以维护0次方和1次方和。

CO int N=1e5+10;
int sum[4*N],tag[4*N][2];

#define lc (x<<1)
#define rc (x<<1|1)
void push_up(int x){
    sum[x]=sum[lc]+sum[rc];
}
void push_down(int x,int l,int r){
    int mid=(l+r)>>1;
    if(tag[x][0]){
        sum[lc]+=(mid-l+1)*tag[x][0],tag[lc][0]+=tag[x][0];
        sum[rc]+=(r-mid)*tag[x][0],tag[rc][0]+=tag[x][0];
        tag[x][0]=0;
    }
    if(tag[x][1]){
        sum[lc]+=(mid*(mid+1)/2-(l-1)*l/2)*tag[x][1],tag[lc][1]+=tag[x][1];
        sum[rc]+=(r*(r+1)/2-mid*(mid+1)/2)*tag[x][1],tag[rc][1]+=tag[x][1];
        tag[x][1]=0;
    }
}
void build(int x,int l,int r){
    tag[x][0]=tag[x][1]=0;
    if(l==r) return read(sum[x]);
    int mid=(l+r)>>1;
    build(lc,l,mid),build(rc,mid+1,r);
    push_up(x);
}
void change(int x,int l,int r,int ql,int qr,int v[2]){
    if(ql<=l and r<=qr){
        sum[x]+=(r-l+1)*v[0],tag[x][0]+=v[0];
        sum[x]+=(r*(r+1)/2-(l-1)*l/2)*v[1],tag[x][1]+=v[1];
        return;
    }
    push_down(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(ql<=mid) change(lc,l,mid,ql,qr,v);
    if(qr>mid) change(rc,mid+1,r,ql,qr,v);
    push_up(x);
}
int query(int x,int l,int r,int ql,int qr){
    if(ql<=l and r<=qr) return sum[x];
    push_down(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(qr<=mid) return query(lc,l,mid,ql,qr);
    if(ql>mid) return query(rc,mid+1,r,ql,qr);
    return query(lc,l,mid,ql,qr)+query(rc,mid+1,r,ql,qr);
}
#undef lc
#undef rc

signed main(){
    int n=read<int>(),m=read<int>();
    build(1,1,n);
    while(m--){
        if(read<int>()==1){
            int l=read<int>(),r=read<int>();
            int a=read<int>(),d=read<int>();
            int v[2]={a-l*d,d};
            change(1,1,n,l,r,v);
        }
        else{
            int p=read<int>();
            printf("%lld\n",query(1,1,n,p,p));
        }
    }
    return 0;
}

posted on 2019-10-25 15:45  autoint  阅读(420)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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