hdu5618 (三维偏序，cdq分治)

给定空间中的n个点，问每个点有多少个点小于等于自己。

先来分析简单的二维的情况，那么只要将x坐标排序，那么这样的问题就可以划分为两个子问题，，这样的分治有一个特点，即前一个子问题的解决是独立的，而后一个子问题的解决依赖于前一个子问题，即用前一个子问题来解决后一个子问题，而不是合并。 这就是cdq分治。

具体的代码如下。

void cdq(int l, int r){
    if(l==r) return;
    int m = (l+r)>>1;
    cdq(l,m);
    cdq(m+1,r);
    //按y进行排序，那么问题就变成两个y递增的集合，
    //后一个集合中的每个y在前一个集合中有多少个y小于等于它
    sort(a+l,a+m+1,cmp);
    sort(a+m+1,a+r+1,cmp);
    int j = l;
    for(int i=m+1;i<=r;++i){
        for(;j<=m;&&a[j].y<=a[i].y;++j);
        a[i].sum += j - l;
    }
}

 

 

而三维的问题由于多了一维，不能使用线性的方法 了。

我们可以用树状数组来维护z这一维，具体的代码如下。

并且最后要注意坐标相等的情况。

 

第一份代码,因为cdq里面又嵌套了sort，所以时间复杂度是O(n*logn*logn)

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;
struct Point{
    int x,y,z;
    int id;
    int sum;
    Point(){}
    Point(int x, int y):x(x),y(y){}
    bool operator<(const Point&rhs)const{
        if(x!=rhs.x) return x < rhs.x;
        if(y!=rhs.y) return y < rhs.y;
        return z < rhs.z;
    }
    bool operator==(const Point &rhs)const{
        return x==rhs.x && y==rhs.y && z==rhs.z;
    }
};
bool cmp(const Point &lhs, const Point &rhs){
    if(lhs.y!=rhs.y) return lhs.y <rhs.y;
    return lhs.z <rhs.z;
}
const int N = 100000 + 10;
Point a[N];
class BIT{
public:
    int sum[N];
    int n;
    void init(){
        n = 100000;
        memset(sum,0,sizeof(sum));
    }
    int lowbit(int x){
        return x & (-x);
    }
    int modify(int x, int val){
        while(x<=n){
            sum[x] += val;
            x += lowbit(x);
        }
    }
    int getSum(int x){
        int ret= 0;
        while(x>0){
            ret += sum[x];
            x -= lowbit(x);
        }
        return ret;
    }
}bit;


void cdq(int l, int r){
    if(l==r)return;
    int m = (l+r)>>1;
    cdq(l,m);
    cdq(m+1,r);
    sort(a+l,a+m+1,cmp);
    sort(a+m+1,a+r+1,cmp);
    int j = l;
    for(int i=m+1;i<=r;++i){
        for(;j<=m &&a[j].y<=a[i].y;++j)
            bit.modify(a[j].z,1);
        a[i].sum += bit.getSum(a[i].z);
    }
    for(int i=l; i<j; ++i)
        bit.modify(a[i].z,-1);

}

int ans[N];
int main(){
    int t,n;
    scanf("%d",&t);
    while(t--){

        scanf("%d",&n);
        for(int i=0;i<n;++i){ scanf("%d%d%d",&a[i].x,&a[i].y,&a[i].z); a[i].id = i; a[i].sum=0;}
        sort(a,a+n);
        bit.init();
        cdq(0,n-1);
        sort(a,a+n);
        for(int i=0;i<n;){
            int j = i + 1;
            int tmp = a[i].sum;
            //分治时，坐标相等的时候，
            //排在前边的坐标不能使用后边的坐标更新自己，所以要在这里处理一下
            for(;j<n &&a[i]==a[j];++j) tmp = max(tmp,a[j].sum);
            for(int k=i;k<j;++k) ans[a[k].id] = tmp;

            i = j;
        }
        for(int i=0;i<n;++i)
            printf("%d\n",ans[i]);
    }
    return 0;
}

 

第二份代码，在cdq分治的最后加入归并排序，是的复杂度变成O(n*logn)

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;
struct Point{
    int x,y,z;
    int id;
    int sum;
    Point(){}
    Point(int x, int y):x(x),y(y){}
    bool operator<(const Point&rhs)const{
        if(x!=rhs.x) return x < rhs.x;
        if(y!=rhs.y) return y < rhs.y;
        return z < rhs.z;
    }
    bool operator==(const Point &rhs)const{
        return x==rhs.x && y==rhs.y && z==rhs.z;
    }
};
bool cmp(const Point &lhs, const Point &rhs){
    if(lhs.y!=rhs.y) return lhs.y <rhs.y;
    return lhs.z <rhs.z;
}
const int N = 100000 + 10;
Point a[N];
class BIT{
public:
    int sum[N];
    int n;
    void init(){
        n = 100000;
        memset(sum,0,sizeof(sum));
    }
    int lowbit(int x){
        return x & (-x);
    }
    int modify(int x, int val){
        while(x<=n){
            sum[x] += val;
            x += lowbit(x);
        }
    }
    int getSum(int x){
        int ret= 0;
        while(x>0){
            ret += sum[x];
            x -= lowbit(x);
        }
        return ret;
    }
}bit;

Point tmp[N];
void cdq(int l, int r){
    if(l==r)return;
    int m = (l+r)>>1;
    cdq(l,m);
    cdq(m+1,r);
    //sort(a+l,a+m+1,cmp);
    //sort(a+m+1,a+r+1,cmp);
    int j = l;
    for(int i=m+1;i<=r;++i){
        for(;j<=m &&a[j].y<=a[i].y;++j)
            bit.modify(a[j].z,1);
        a[i].sum += bit.getSum(a[i].z);
    }
    for(int i=l; i<j; ++i)
        bit.modify(a[i].z,-1);

    //归并排序， 这样就不需要上面的sort了
    int i = l ;
    j = m+1;
    for(int k=l;k<=r;++k){
        if(i>m) tmp[k] = a[j++];
        else if(j>r) tmp[k] = a[i++];
        else if(a[i].y < a[j].y) tmp[k] = a[i++];
        else tmp[k] = a[j++];
    }
    for(int k=l;k<=r;++k)
        a[k] = tmp[k];

}

int ans[N];
int main(){
    int t,n;
    scanf("%d",&t);
    while(t--){

        scanf("%d",&n);
        for(int i=0;i<n;++i){ scanf("%d%d%d",&a[i].x,&a[i].y,&a[i].z); a[i].id = i; a[i].sum=0;}
        sort(a,a+n);
        bit.init();
        cdq(0,n-1);
        sort(a,a+n);
        for(int i=0;i<n;){
            int j = i + 1;
            int tmp = a[i].sum;
            //分治时，坐标相等的时候，
            //排在前边的坐标不能使用后边的坐标更新自己，所以要在这里处理一下
            for(;j<n &&a[i]==a[j];++j) tmp = max(tmp,a[j].sum);
            for(int k=i;k<j;++k) ans[a[k].id] = tmp;

            i = j;
        }
        for(int i=0;i<n;++i)
            printf("%d\n",ans[i]);
    }
    return 0;
}

 

 

具体算法流程如下：

1.将整个操作序列分为两个长度相等的部分（分）

2.递归处理前一部分的子问题（治1）

3.计算前一部分的子问题中的修改操作对后一部分子问题的影响（治2）

4.递归处理后一部分子问题（治3）

 

而且如果需要分治完后数据要求有序，那么就可以在分治的最后加入归并排序等手段。

 

何时使用cdq分治：①如果一个问题的解决需要去循环判断，且这样的问题有很多， 那么就看看能不能分治，减少计算量，从小减小复杂度。