RMQ问题的求解方法—ST算法

本文深入探讨了ST算法,一种高效解决多次询问RMQ问题的方法。通过预处理,实现查询时间复杂度O(1),详细介绍了算法原理、状态定义、状态转移方程及其实现步骤。并提供了一个具体的应用实例,帮助读者理解算法的具体应用。

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ST算法针对的是没有修改操作的多次询问的RMQ问题,如果遇见动态的RMQ问题,使用时要谨慎。

主要思路:dp 预处理
时间复杂度:预处理时间复杂度O(nlogn),查询时间O(1)。
我们还是直接题目引入:

输入一串数字,给你MMM个询问,每次询问就给你两个数字X,Y,X,Y,X,Y,要求你说出XXXYYY这段区间内的最大数。
输入格式:
第一行两个整数N,MN,MN,M表示数字的个数和要询问的次数;
接下来一行为NNN个数;
接下来MMM行,每行都有两个整数X,YX,YX,Y
输出格式:
输出共MMM行,每行输出一个数。

样例输入
10 2
3 2 4 5 6 8 1 2 9 7
1 4
3 8
样例输出
5
8
对于全部数据,1≤N≤105,1≤M≤106,1≤X≤Y≤N.1\leq N\leq 10^5,1\leq M\leq 10^6,1\leq X\leq Y\leq N.1N105,1M106,1XYN.

ST表的主要思想是DP思想,我们按照解决DP的套路来解决这个问题。

1.确定状态:dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]

我们设一个数组dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j],前面的iii代表的是当前的位置,即输入数组的下标,jjj这个数字代表的是选着的区间长度为 2j2^j2j,因为我们选取一些 222 的整数次幂来作为代表值从而划分整个区域,那么dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]代表的是原序列在区间[i,i+2j−1][i,i+2^j-1][i,i+2j1]之间的最值。

2.状态转移方程:dp[i][j]=max(dp[i][j−1],dp[i+(1&lt;&lt;j−1)][j−1])dp[i][j]=max(dp[i][j-1],dp[i+(1&lt;&lt;j-1)][j-1])dp[i][j]=max(dp[i][j1],dp[i+(1<<j1)][j1])位运算的优先级比加减法低
3.初始条件和边界情况:

初始条件就是将原数组输出进去:

for(int i=1,i<=n;i++){//n是数组元素个数
	dp[i][0]=a[i];
}
4.计算顺序:

在这个问题中我们要先更新 iii 的值,再更新 jjj 的值。代码如下:

for(j=1;j<=log[n];j++){
		for(i=1;i+(1<<j)-1<=n;i++){
			dp[i][j]=max(dp[i][j-1],dp[i+(1<<j-1)][j-1]);
		}
	}

如果我们按照常规思路,外层 iii ,内层 jjj ,那我们计算的时候dp[i][j]dp[i][j]dp[i][j]里面是没有值的。举个栗子:我们要求dp[3][2]dp[3][2]dp[3][2],如果我们按照上面那样求,我们需要知道dp[3][1]dp[3][1]dp[3][1]dp[4][1]dp[4][1]dp[4][1],先循环 jjj ,我们的得不到dp[4][1]dp[4][1]dp[4][1]的值,计算也无法展开了,所以我们要按上面那种方法去做。

小技巧:

在这个算法里面我们要用到log()函数,但是 cmath 库里log()函数效率不高,所以我们可以直接递推处理出1…n1\dots n1n的函数。

log[0]=-1//初始化,让log[1]=0
for(int i=1;i<=n;i++){
	log[i]=log[i>>1]+1;
}

AC代码如下:

#include<iostream>
using namespace std;
typedef long long ll;
ll a[100005],i,j,log[1000050];
ll tree[100005][1000];
int main(){
	ll n,m;
	scanf("%lld%lld",&n,&m);	
	for(i=1;i<=n;i++){
		scanf("%lld",&a[i]);
	}
	log[0]=-1;
	for(i=1;i<=n;i++){
		tree[i][0]=a[i];
		log[i]=log[i>>1]+1;
	}
	for(j=1;j<=log[n];j++){
		for(i=1;i+(1<<j)-1<=n;i++){
			tree[i][j]=max(tree[i][j-1],tree[i+(1<<j-1)][j-1]);
		}
	}
	while(m--){
		ll l,r;
		scanf("%lld%lld",&l,&r);
		int len=log[r-l+1];
		printf("%lld\n",max(tree[l][len],tree[r-(1<<len)+1][len]));
	}
}

//蒟蒻的学习总结,如果有问题欢迎指出。

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