【洛谷P3369】【模板】普通平衡树【Treap】

本文详细介绍了Treap数据结构的实现原理及应用。Treap是一种结合了二叉搜索树和堆性质的数据结构,通过随机旋转维持平衡,支持插入、删除、查询排名、查询数值、查询前驱和后继等操作。文章提供了完整的代码实现,展示了如何利用Treap高效地进行数据管理和查询。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

题目大意:

您需要写一种数据结构(可参考题目标题),来维护一些数,其中需要提供以下操作:

  1. 插入xxx
  2. 删除xxx数(若有多个相同的数,因只删除一个)
  3. 查询xxx数的排名(排名定义为比当前数小的数的个数+1+1+1。若有多个相同的数,因输出最小的排名)
  4. 查询排名为xxx的数
  5. xxx的前驱(前驱定义为小于xxx,且最大的数)
  6. xxx的后继(后继定义为大于xxx,且最小的数)

思路:

总算学会敲TreapTreapTreap的模板的啊,感觉这样下去菜的很快就要退役啊。
都上初三了才学会最基础的平衡树。
暑假也没有怎么刷题,真的是颓废了啊。


维护一棵BSTBSTBST,满足任意节点的左子树中的节点全部小于这个点,右子树中的节点全部大于这个点。然后这样就可以相对简单的完成上述操作。

  • 插入
    这个直接在数中根据BSTBSTBST的性质来找到这个点的位置,然后插入即可。动态开点。
  • 删除
    TreapTreapTreap其实就是随机旋转的BSTBSTBST,那么就把要删除的点旋转到叶子节点处,然后直接删除即可。
    注意对于每一个数字要记录一个cntcntcnt,表示这个数字出现的次数。如果cnt>1cnt>1cnt>1那么直接cnt−−cnt--cnt即可,不需要删除。
  • 查询排名
    这个很简单,利用BSTBSTBST的性质找到这个节点,然后利用子树的大小就可以求出排名。
  • 查询数字
    用给出的排名,到每一个节点时判断应该往左儿子走还是往右儿子走,找到这个数字输出即可。
    注意查询前把排名加1,因为初始化时我们要在BSTBSTBST中插入两个数+∞,−∞+\infty,-\infty+,,所以−∞-\infty的排名一定是1。
  • 查询前驱
    显然,假设已经到达节点的权值为xxx,查找的是valvalval的前驱。那么如果x&lt;valx&lt;valx<val,那么答案一定在该节点以及该节点的右子树中,答案即为max(x,{y∣y∈rson})max(x,\{y|y\in rson\})max(x,{yyrson})。否则答案就在该节点的左子树内。
  • 查询后继
    其实查询后继和查询前驱基本没有什么区别,改一下就行了。

码亮远远没有我想象的那么长,原本以为有200+200+200+,结果只打了156156156行,对于我这种码风来说已经可以了。
注意为了保持BSTBSTBST相对平衡,需要随机旋转BSTBSTBST使得BSTBSTBST深度较小。


代码:

#include <ctime>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int N=100010,Inf=1e9;
int n,x,opt,root,tot;

struct Treenode
{
	int lc,rc,cnt,val,size,dat;
};

struct Treap
{
	Treenode t[N];
	
	int New(int val)
	{
		t[++tot].val=val;
		t[tot].dat=rand();
		t[tot].cnt=t[tot].size=1;
		return tot;
	}
	
	void update(int x)
	{
		t[x].size=t[t[x].lc].size+t[t[x].rc].size+t[x].cnt;
	}
	
	void build()
	{
		root=New(-Inf);
		t[1].rc=New(Inf);
		update(1);
	}
	
	void zig(int &x)
	{
		int y=t[x].lc;
		t[x].lc=t[y].rc; t[y].rc=x; x=y;
		update(t[x].rc); update(x);
	}
	
	void zag(int &x)
	{
		int y=t[x].rc;
		t[x].rc=t[y].lc; t[y].lc=x; x=y;
		update(t[x].lc); update(x);
	}
	
	void insert(int &x,int val)
	{
		if (!x)
		{
			x=New(val);
			return;
		}
		if (t[x].val==val)
		{
			t[x].cnt++;
			update(x);
			return;
		}
		if (val<t[x].val)
		{
			insert(t[x].lc,val);
			if (t[x].dat<t[t[x].lc].dat) zig(x);
		}
		else
		{
			insert(t[x].rc,val);
			if (t[x].dat<t[t[x].rc].dat) zag(x);
		}
		update(x);
	}
	
	void del(int &x,int val)
	{
		if (!x) return;
		if (t[x].val==val)
		{
			if (t[x].cnt>1)
			{
				t[x].cnt--;
				update(x);
				return;
			}
			if (t[x].lc || t[x].rc)
			{
				if (!t[x].lc || t[t[x].rc].dat>t[t[x].lc].dat)
					zag(x),del(t[x].lc,val);
				else
					zig(x),del(t[x].rc,val);
				update(x);
			}
			else x=0;
			return;
		}
		if (val<t[x].val) del(t[x].lc,val);
			else del(t[x].rc,val);
		update(x);
	}
	
	int get_rank(int x,int val)
	{
		if (!x) return 0;
		if (val==t[x].val) return t[t[x].lc].size+1;
		if (val<t[x].val) return get_rank(t[x].lc,val);
			else return get_rank(t[x].rc,val)+t[t[x].lc].size+t[x].cnt;
	}
	
	int get_val(int x,int rank)
	{
		if (!x) return Inf;
		if (t[t[x].lc].size+1<=rank && t[t[x].lc].size+t[x].cnt>=rank)
			return t[x].val;
		if (rank<=t[t[x].lc].size) return get_val(t[x].lc,rank);
			else return get_val(t[x].rc,rank-t[t[x].lc].size-t[x].cnt);
	}
	
	int pre(int x,int val)
	{
		if (!x) return -Inf;
		if (t[x].val<val) return max(t[x].val,pre(t[x].rc,val));
			else return pre(t[x].lc,val);
	}
	
	int next(int x,int val)
	{
		if (!x) return Inf;
		if (t[x].val>val) return min(t[x].val,next(t[x].lc,val));
			else return next(t[x].rc,val);
	}
}Treap;

int main()
{
	srand(time(0));
	scanf("%d",&n);
	Treap.build();
	while (n--)
	{
		scanf("%d%d",&opt,&x);
		if (opt==1) Treap.insert(root,x);
		if (opt==2) Treap.del(root,x);
		if (opt==3) printf("%d\n",Treap.get_rank(root,x)-1);
		if (opt==4) printf("%d\n",Treap.get_val(root,x+1));
		if (opt==5) printf("%d\n",Treap.pre(root,x));
		if (opt==6) printf("%d\n",Treap.next(root,x));
	}
	return 0;
}
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