【42.38%】【BZOJ 3196】二逼平衡树

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Description

您需要写一种数据结构（可参考题目标题），来维护一个有序数列，其中需要提供以下操作：
1.查询k在区间内的排名
2.查询区间内排名为k的值
3.修改某一位值上的数值
4.查询k在区间内的前驱(前驱定义为小于x，且最大的数)
5.查询k在区间内的后继(后继定义为大于x，且最小的数)

Input

第一行两个数 n,m 表示长度为n的有序序列和m个操作
第二行有n个数，表示有序序列
下面有m行，opt表示操作标号
若opt=1 则为操作1，之后有三个数l,r,k 表示查询k在区间[l,r]的排名
若opt=2 则为操作2，之后有三个数l,r,k 表示查询区间[l,r]内排名为k的数
若opt=3 则为操作3，之后有两个数pos,k 表示将pos位置的数修改为k
若opt=4 则为操作4，之后有三个数l,r,k 表示查询区间[l,r]内k的前驱
若opt=5 则为操作5，之后有三个数l,r,k 表示查询区间[l,r]内k的后继

Output

对于操作1,2,4,5各输出一行，表示查询结果

Sample Input

9 6

4 2 2 1 9 4 0 1 1

2 1 4 3

3 4 10

2 1 4 3

1 2 5 9

4 3 9 5

5 2 8 5
Sample Output

2

4

3

4

9
HINT

1.n和m的数据范围：n,m<=50000

2.序列中每个数的数据范围：[0,1e8]

3.虽然原题没有，但事实上5操作的k可能为负数

【题解】

线段树套一个平衡树。
对于线段树的每个节点所代表的区间维护一个平衡树(包含了这个区间里面的所有元素);
用的是SBT(这可能是这份题解唯一的卖点了，我看网上其他人用的都是treap,200+行左右，然而我用了300+行)。
找第k小的数的时候用到了二分答案。
修改操作可以看成是在平衡树里面删掉原来的值。然后再把新的值加入到平衡树中。
这道题的rank是这样的
1 2 3 3 3 5 6 7 8 9
3的rank是3
但是如果查rank4也是3,rank5 也是3，rank3也是3
删除操作有点复杂,因为左右儿子都有的情况需要找个节点来替代,而且这个节点的重复次数也需要改变(同一个数字记录在同一个节点,用”重复”域来表示这个数字重复了几次；
还有，因为同一数字压缩在了同一个节点。所以左旋、右旋代码的size域的修改有所改变

/**************************************************************
Problem: 3196
User: chengchunyang
Language: C++
Result: Accepted
Time:7420 ms
Memory:65572 kb
****************************************************************/

#include <cstdio>

const int MAXN = 51000;
const int INF = 1e8 + 10;
//记住要乘16倍就好。
//有MAX*4个是存放树的根节点
//MAX*4*15个是这些树的儿子节点
int root[MAXN * 4], l[MAXN * 4 * 16], r[MAXN * 4 * 16], key[MAXN * 4 * 16], size[MAXN * 4 * 16], cnt = 0;
int a[MAXN], n, m, rank = 0, cf[MAXN * 4 * 16];//cf代表这个数字重复出现了几次
int qianqu, houji;

int min(int a, int b)
{
    return a > b ? b : a;
}

int max(int a, int b)
{
    return a > b ? a : b;
}

void r_ro(int &t)//右旋代码
{
    int k = l[t];
    l[t] = r[k];
    r[k] = t;
    size[k] = size[t];
    size[t] = size[l[t]] + size[r[t]] + cf[t];//最后加上的不是1而是cf[t]了。
    t = k;
}

void l_ro(int &t)//左旋
{
    int k = r[t];
    r[t] = l[k];
    l[k] = t;
    size[k] = size[t];
    size[t] = size[l[t]] + size[r[t]] + cf[t];
    t = k;
}

void maintain(int &t, bool flag)//sbt的修复函数
{
    if (flag)
    {
        if (size[l[l[t]]] > size[r[t]])
            r_ro(t);
        else
            if (size[r[l[t]]] > size[r[t]])
                l_ro(l[t]), r_ro(t);
            else
                return;
    }
    else
    {
        if (size[r[r[t]]] > size[l[t]])
            l_ro(t);
        else
            if (size[l[r[t]]] > size[l[t]])
                r_ro(r[t]), l_ro(t);
            else
                return;
    }
    maintain(l[t], true);
    maintain(r[t], false);
    maintain(t, true);
    maintain(t, false);
}

void insert(int &t, int x)//插入过程
{
    if (!t)
    {
        t = ++cnt;
        size[t] = cf[t] = 1;
        l[t] = r[t] = 0;
        key[t] = x;
    }
    else
    {
        size[t]++;
        if (x == key[t])
            cf[t]++;
        else
            if (x < key[t])
                insert(l[t], x);
            else
                insert(r[t], x);
        if (x != key[t])
            maintain(t, x < key[t]);
    }
}

void ask_rank(int t, int x)//获取排名,获取的是比它小的数字的个数
{
    if (!t)
        return;
    if (x == key[t])//等于就即加上左子树的大小
        rank += size[l[t]];
    else
        if (x < key[t])
            ask_rank(l[t], x);
        else
            if (x > key[t])//大于
            {
                rank += size[l[t]] + cf[t];//整个左子树和这个节点都行
                ask_rank(r[t], x);
            }
}

void get_rank(int rt, int begin, int end, int l, int r, int x)
{//线段树,获取这个l,r区间所在的平衡树
    if (begin == l && end == r)
    {
        ask_rank(root[rt], x);
        return;
    }
    int m = (begin + end) >> 1;
    if (r <= m)
        get_rank(rt << 1, begin, m, l, r, x);
    else
        if (m < l)
            get_rank(rt << 1 | 1, m + 1, end, l, r, x);
        else
        {
            get_rank(rt << 1, begin, m, l, m, x);
            get_rank(rt << 1 | 1, m + 1, end, m + 1, r, x);
        }
}

void build(int rt, int begin, int end, int pos, int x)
{//建线段树,并维护平衡树
    insert(root[rt], x);
    if (begin == end)
        return;
    int m = (begin + end) >> 1;
    if (pos <= m)
        build(rt << 1, begin, m, pos, x);
    else
        build(rt << 1 | 1, m + 1, end, pos, x);
}

void de_lete(int &t, int x)
{//删掉x这个元素
    if (!t)
        return;
    size[t]--;
    if (key[t] == x)
    {
        if (cf[t] > 1)
            cf[t]--;
        else
        {
            cf[t] = 0;
            bool flag1 = (l[t]>0), flag2 = (r[t]>0);
            if (!flag1 && !flag2)
                t = 0;
            else
                if (!flag1 && flag2)
                    t = r[t];
                else
                    if (flag1 && !flag2)
                        t = l[t];
                    else
                    {
                        int temp = r[t];
                        while (l[temp]) temp = l[temp];//这里要用一个节点替代它
                        int dd = cf[temp] - 1;
                        temp = r[t];
                        size[temp] -= dd;//相应的size域都要发生变化
                        while (l[temp])
                        {
                            temp = l[temp];
                            size[temp] -= dd;
                        }
                        key[t] = key[temp];//替代
                        cf[t] = cf[temp];//那个节点的cf域变成1
                        cf[temp] = 1;
                        de_lete(r[t], key[temp]);//下次就会删掉了。
                    }
        }
    }
    else
        if (x < key[t])
            de_lete(l[t], x);
        else
            de_lete(r[t], x);
}

void change(int rt, int begin, int end, int pos, int x)
{//更改值实际上就是在平衡树中删掉一个元素，然后再添加进去
    de_lete(root[rt], a[pos]);
    insert(root[rt], x);
    if (begin == end)
        return;
    int m = (begin + end) >> 1;
    if (pos <= m)
        change(rt << 1, begin, m, pos, x);
    else
        change(rt << 1 | 1, m + 1, end, pos, x);
}

void ask_before(int t, int x)
{//询问前趋是啥
    if (!t)
        return;
    if (key[t] < x)
    {
        qianqu = max(qianqu, key[t]);
        ask_before(r[t], x);
    }
    else
        if (x <= key[t])
            ask_before(l[t], x);
}

void get_before(int rt, int begin, int end, int l, int r, int k)
{//获取这个区间所在的平衡树
    if (begin == l && end == r)
    {
        ask_before(root[rt], k);
        return;
    }
    int m = (begin + end) >> 1;
    if (r <= m)
        get_before(rt << 1, begin, m, l, r, k);
    else
        if (m < l)
            get_before(rt << 1 | 1, m + 1, end, l, r, k);
        else
        {
            get_before(rt << 1, begin, m, l, m, k);
            get_before(rt << 1 | 1, m + 1, end, m + 1, r, k);
        }
}

void ask_houji(int t, int x)
{//询问后继
    if (!t)
        return;
    if (x < key[t])
    {
        houji = min(houji, key[t]);
        ask_houji(l[t], x);
    }
    else
        if (x >= key[t])
            ask_houji(r[t], x);
}

void get_houji(int rt, int begin, int end, int l, int r, int k)
{//获取这个区间所在的平衡树
    if (begin == l && end == r)
    {
        ask_houji(root[rt], k);
        return;
    }
    int m = (begin + end) >> 1;
    if (r <= m)
        get_houji(rt << 1, begin, m, l, r, k);
    else
        if (m < l)
            get_houji(rt << 1 | 1, m + 1, end, l, r, k);
        else
        {
            get_houji(rt << 1, begin, m, l, m, k);
            get_houji(rt << 1 | 1, m + 1, end, m + 1, r, k);
        }
}

int main()
{
    //freopen("F:\\rush.txt", "r", stdin);
    scanf("%d%d", &n, &m);
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        scanf("%d", &a[i]);
        build(1, 1, n, i, a[i]);
    }
    for (int i = 1; i <= m; i++)
    {
        int opt;
        scanf("%d", &opt);
        if (opt == 1)
        {
            int l, r, k;
            scanf("%d%d%d", &l, &r, &k);
            rank = 1;
            get_rank(1, 1, n, l, r, k);
            printf("%d\n", rank);
        }
        else
            if (opt == 2)
            {
                int l, r, k;
                scanf("%d%d%d", &l, &r, &k);
                int le = 0, ri = INF, num;//询问第k小数实际上是二分一个数字，然后判断它的排名
                while (le <= ri)//不断调整
                {
                    int m = (le + ri) >> 1;
                    rank = 1;//我们找的是小于这个数的个数.所以一开始加上1就是这个数的排名了。
                    get_rank(1, 1, n, l, r, m);
                    if (rank <= k)//小于等于k就记录这个m为答案。
                    {//最后记录的是满足排名小于等于k的最大的一个数字.
                        le = m + 1;
                        num = m;
                    }
                    else
                        if (rank > k)
                            ri = m - 1;
                }
                printf("%d\n", num);
            }
            else
                if (opt == 3)
                {
                    int pos, x;
                    scanf("%d%d", &pos, &x);
                    change(1, 1, n, pos, x);
                    a[pos] = x;
                }
                else
                    if (opt == 4)
                    {
                        int l, r, k;
                        scanf("%d%d%d", &l, &r, &k);
                        qianqu = 0;
                        get_before(1, 1, n, l, r, k);
                        printf("%d\n", qianqu);
                    }
                    else
                        if (opt == 5)
                        {
                            int l, r, k;
                            scanf("%d%d%d", &l, &r, &k);
                            houji = INF;
                            get_houji(1, 1, n, l, r, k);
                            printf("%d\n", houji);
                        }
    }
    return 0;
}