分块与块状链表

本文详细介绍了分块思想和块状链表的概念,包括分块思想如何降低区间修改和查询的复杂度,以及块状链表在插入、删除操作上的优化。文章还提到了块状链表的操作,如分裂节点、合并节点,并指出块状链表的题目可使用splay解决。同时,给出了一个与文本编辑器相关的例题。

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分块与块状链表

1. 算法分析

1.1 分块思想

分块思想就是将整体分为 n \sqrt n n 个长度为 n \sqrt n n 的区间,这样区间修改和查询的复杂度从 O ( n ) O(n) O(n)降为了 O ( n ) O(\sqrt n) O(n )

维护两个数组:add代表本段中的所有数都要加上add,sum代表本段的真实和是多少(算上了add)

修改一个区间时,分为完整段的区间修改以及前后两个不完整的段的区间修改:

对于完整段,add+=d,sum+=d*length

对于不完整的段:枚举所有元素,a+=d,sum+=d

查询时,对于完整段,累加sum,对于不完整的段,枚举元素

1.2 块状链表

如果操作需要进行插入、删除的操作的话,原来的分块就不适用了。因此引入了块状链表。块状链表就是将分块与链表加在一起,使用链表来维护不同分块之间的关系。

具体分为如下操作:

  1. 插入一段:(1) 分裂结点 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n)) (2) 在分裂点插入序列 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n))
  2. 删除一段:(1) 删除开头结点的后半部分 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n)) (2) 删除中间的完整结点 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n)) (3) 删除结尾结点的前半部分 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n))
  3. 合并:遍历整个链表,若下一个点可以合并到到当前结点,则合并。 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n))

其中,合并操作不需要每次都进行,可以设定一个阈值进行,比如:当分块的数目为 O ( s q r t ( n ) ) O(sqrt(n)) O(sqrt(n)) 时进行合并。

基本上块状链表的题目都可以使用splay来写,基本上可以互通

2. 板子

2.1 分块

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

typedef long long LL;
const int N = 100010, M = 350;

int n, m, len;
LL add[M], sum[M];  // add[i]表示第i块还需要加的值,sum[i]为第i块的权值和
int w[N];

int get(int i) {
    return i / len; }

void change(int l, int r, int d) {
   
    if (get(l) == get(r)) {
     // 段内直接暴力
        for (int i = l; i <= r; i++) w[i] += d, sum[get(i)] += d;
    } else {
   
        int i = l, j = r;
        while (get(i) == get(l)) w[i] += d, sum[get(i)] += d, i++;
        while (get(j) == get(r)) w[j] += d, sum[get(j)] += d, j--;
        for (int k = get(i); k <= get(j); k++) sum[k] += len * d, add[k] += d;  // 每一段的操作
    }
}

LL query(int l, int r) {
   
    LL res = 0;
    if (get(l) == get(r)) {
     // 段内直接暴力
        for (int i = l; i <= r; i++) res += w[i] + add[get(i)];
    } else {
   
        int i = l, j = r;
        while (get(i) == get(l)) res += w[i] 
<think>好的,用户想了解C++中块状链表的实现用法。首先,我需要回忆块状链表的基本概念。块状链表是一种结合了链表数组的数据结构,每个节点(块)包含一个数组,这样既能快速插入删除,又能利用数组的随机访问优势。这在处理大数据量时,比如文本编辑器,可以提高效率。 接下来,用户提到了C++的具体实现。根据提供的引用,特别是引用[1]引用[3],STL中的rope可能在<ext/rope>头文件中,但可能不是标准库的一部分,属于扩展库。而引用[2]引用[3]讨论了手动实现块状链表的方法,比如分块策略分裂合并操作。 用户可能需要知道如何手动实现块状链表,或者如何使用现有的库如rope。需要区分这两部分。首先解释块状链表的结构,每个块的大小控制,如何插入查找。然后,引用中的例子,如使用list容器模拟光标移动,可能块状链表的应用场景相关,比如文本编辑器的例子。 另外,引用[3]中的split函数展示了块分裂的过程,当块超过阈值时分裂,保持块的大小在合理范围内。这需要详细说明分裂合并的机制,以及复杂度分析,比如O(√n)的时间复杂度。 用户可能关心实际应用中的问题,比如性能优化,如何处理频繁的插入删除,以及块状链表其他数据结构(如平衡树)的比较。需要结合引用中的信息,给出具体的代码示例,比如分块插入的步骤,或者使用rope的示例代码。 可能还需要提到块状链表的优缺点,比如相对于纯链表,减少了指针的数量,提高缓存效率,但实现起来相对复杂。同时,引用[4]提到C++中使用fstream可能较慢,需要注意输入输出方法的选择。 最后,生成相关问题时要覆盖实现细节、优化、应用场景比较等方面,确保用户能全面了解块状链表的相关知识。</think>### C++块状链表的实现用法 块状链表是一种结合**链表结构****数组分块存储**的混合数据结构,通过平衡链表的高效插入删除数组的快速随机访问特性,能够实现 $O(\sqrt{n})$ 时间复杂度的常见操作[^3]。 #### 一、核心实现原理 1. **分块策略** 每个链表节点存储固定大小的数组块(如 $S=1000$),当插入导致块过大时触发分裂: ```cpp struct Block { vector<char> data; Block* next; // 分裂函数示例 void split() { if (data.size() < 2*S) return; Block* new_block = new Block(); new_block->next = this->next; this->next = new_block; new_block->data.assign(data.begin()+S, data.end()); data.erase(data.begin()+S, data.end()); } }; ``` 2. **操作优化** - **插入**:定位到目标块后,在块内数组执行插入,若块过大则分裂 - **查询**:通过遍历块定位目标位置,时间复杂度为 $O(n/S + S)$ - **删除**:类似插入操作,合并过小的块以维持效率 #### 二、STL实现方案 C++标准库未直接提供块状链表,但可通过以下方式实现: 1. **手动实现** 参考引用[3]的分块策略,通过指针管理块间关系: ```cpp class BlockList { private: struct Block { /* 块结构 */ }; Block* head; int block_size; public: void insert(int pos, char value) { /* 插入逻辑 */ } }; ``` 2. **使用扩展库** GNU扩展库`<ext/rope>`提供类块状链表结构`rope`: ```cpp #include <ext/rope> using namespace __gnu_cxx; crope text; // 字符型rope text.insert(0, "Hello"); // O(√n)插入 ``` #### 三、典型应用场景 1. **文本编辑器** 如引用[4]提到的洛谷P4008题目,块状链表可高效处理: - 光标快速跳转(块定位) - 大规模文本插入/删除 ```cpp // 模拟光标操作示例 Block* current_block = head; int cursor_pos = 0; ``` 2. **版本控制系统** 利用块状链表的结构特性,实现高效差异比较版本合并。 #### 四、性能对比 | 数据结构 | 插入复杂度 | 随机访问复杂度 | 内存连续性 | |----------|------------|----------------|------------| | 普通链表 | $O(1)$ | $O(n)$ | ❌ | | 数组 | $O(n)$ | $O(1)$ | ✔️ | | 块状链表 | $O(√n)$ | $O(√n)$ | 部分连续 |
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