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在線段樹中,一般都不需要刻意保存其左右子結點的下標,而直接由其本身的下標導出,傳統的寫法是:
根結點:1
A的左子結點:2A(寫成A<<1)
A的右子結點:2A+1(寫成(A<<1)+1)
這種表示法可以表示出整棵線段樹,因為:
(1)每個結點的子結點的下標都比它大,這樣就不會出現環;
(2)每個結點的父結點都是唯一的(其本身下標整除2);
但是,這種表示法有一個弱點:結點的下標是有可能超過2N的,但不會超過4N,因此,為了表示出跨度為N的線段,我們需要開4N的空間,然而,其中只有2N-1個位置是有用的(因為表示跨度為N的線段的線段樹共有(2N-1)個結點),這樣,就有一半的空間被浪費。尤其是這種線段樹推廣到多維的時候——K維線段樹就只有1/2K的位置是有用的,空間利用率非常低。在某些卡空間的場合,它就囧掉了。

那么,有木有好一點的寫法呢?最好能使空間利用率達到100%——也就是所有結點的下標剛好就是1~(2N-1)!!(0號結點一般作為“哨兵”,不被占用)
并且,這種寫法要保證僅僅由結點的下標和它表示的線段的左右端點(因為在遍歷線段時,下標和左右端點基本上都是同時知道的),就能得出其子結點的下標,而不需要借助額外的東東(最好mid都不需要算)。
這種寫法就是——直接將每個結點的DFS遍歷次序當做它的下標!!
比如,跨度為6的線段樹:

容易發現,根結點下標為1,下標為A的結點的左子結點下標為(A+1),右子結點下標為A+SZ(A.L)+1,其中SZ(A.L)為A的左子樹大小。
若A的左右端點為l、r,mid=(l+r)/2(下取整),則A的左子樹所表示的線段為[l, mid],所以SZ(A.L)=(mid-l+1)*2-1=(mid-l)*2+1=((r-l-1)/2(上取整))*2+1
這樣,A的右子結點下標就是A+((r-l+1)/2(上取整))*2,也就是A加上大于(r-l)的最小的偶數
寫在代碼里就是:
int mid=l+r>>1;
opr(l, mid, A
+1);
opr(mid
+1, r, (r-l&1?A+r-l+1:A+r-l+2));
或者,借助位運算,可以免去條件判斷:
int mid=l+r>>1;
opr(l, mid, A
+1);
opr(mid
+1, r, A+r-l+2-((r^l)&1));
經測試,后者(使用位運算的)雖然總的運算次數多于前者(使用條件判斷的),但后者比前者快一點點,其原因可能與C語言中的條件運算符速度較慢有關;

這樣,我們就成功地將線段樹下標的空間利用率提高到了100%!!以后只需要開2N空間就行了囧……
與傳統表示法相比,這種新式表示法雖然可以節省空間,但時間消耗要更大一些(時間和空間總是矛盾的囧……),因為它在找右子結點的時候需要較多的運算。平均起來,新式表示法比傳統表示法要慢10~15%,對于某些坑爹的數據(對右子結點調用比較多的那種)可能慢得更多。此外,在下放標記的時候,傳統表示法只需要知道結點下標就行了,而新式表示法必須同時知道結點的左右端點,這樣在dm中就需要傳遞三個參數,從而要慢一些,當然,我們可以不用dm,直接在操作里面寫標記下放。

Feedback

# re: 【AHOI2013復仇】關于線段樹下標的一種優化表示法[未登錄]  回復  更多評論   

2012-12-21 22:08 by xiaodao
zkw 線段樹?。。。。

# re: 【AHOI2013復仇】關于線段樹下標的一種優化表示法  回復  更多評論   

2015-05-05 15:03 by zkw
zkw線段樹表示不服!!!
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