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可并堆

时间:2024-02-01 09:44:05浏览次数:14  
标签: 结点 dist log val 儿子 左偏

可并堆:一种支持插入、删除、修改、删除任意一个元素、求 \(\min\) 还有合并的数据结构。

下面的只讲可并堆中的一种:左偏树。

左偏树是二叉树,但并不是完全二叉树。它满足两个性质:① 每个结点的权值都小于等于儿子。② 每个结点 \(dist(L)\ge dist(R)\),\(L,R\) 分别是该结点的左右儿子。

什么是 \(dist()\)?在这之前,先定义 “外结点”:如果一个结点只有一个儿子或者没有儿子,则称它为 “外结点”。

再定义 \(dist(v)\) 为 (\(v\) 的子树中距离 \(v\) 最近的外结点)与 \(v\) 的距离。

容易发现,左偏树的高度实际上是 \(O(n)\) 的。但是我们能找到一些神奇的性质。

性质一:\(dist(v)=dist(v.R)+1\),这挺显然的,因为 \(dist(L)\ge dist(R)\)。

性质二:若 \(dist(v)=k\),则 \(sz[v]\ge 2^{k+1}-1\)。

可以用归纳法证明,发现最少的情况就是 $v$ 的子树是一颗高度为 $k$ 的满二叉树。

重要性质:从一个结点往右走,最多走 \(O(\log n)\) 步。

证明:结点 \(u\) 往右走的步数就是 \(dist(u)\),由性质二知 \(dist(u)\le \log n\),所以步数 \(O(\log n)\)。


接下来我们看一下这些操作。

  1. Merge,合并两颗左偏树。假设合并两颗左偏树的根是 \(a,b\),不妨设 \(a.key<b.key\)(否则 \(swap\) 一下),则令 \(a.L\) 为 \(a.L\),\(a.R\) 为 \(Merge(a.R,b)\) 返回的根结点。再判断如果 \(dist(a.L)<dist(a.R)\),则交换 \(a.L,a.R\)。

    记得返回此时的根结点 \(a\)。

    时间复杂度是 \(O(\log n)\) 的,因为每次递归都是往右走的,而往右至多会走 \(O(\log n)\) 步,所以复杂度 \(O(\log n)\)。

  2. Insert,插入一个数,就是和一个单独的结点 Merge。

  3. Query,查询最小值,返回根结点即可。

  4. Delete Min,删除最小值。把根结点的左右儿子合并。

  5. Delete u,删除任意一个结点 \(u\),需要提前给出结点编号。合并 \(u\) 的左右子树,令 \(u\) 为合并后的新根结点,然后此时分两种情况。

    1. \(dist(u)\) 增加了,则看一下 \(u\) 是它父结点的左儿子还是右儿子。如果是左儿子,啥也不干;如果是右儿子,先判断是否已经比左子树的 \(dist\) 大了,如果是,交换子树。然后再更新父结点的 \(dist\)。

      更新了父结点的 \(dist\) 之后,再递归更新父结点的父结点,以此类推。

    2. \(dist(u)\) 减少了,如果 \(u\) 是右儿子,更新父结点的 \(dist\),然后递归看一下父结点是左儿子还是右儿子,一路往上更新;如果 \(u\) 是左儿子,看一下要不要交换左右子树,交换了也要更新父结点,再一路往上更新。

    删除任意一个结点需要额外记录这个结点的父亲是谁,是父亲的哪个儿子。

罗马游戏

模板题。除了要套一个并查集快速查询所在左偏树的根结点,注意不要按秩合并。

【模板】左偏树

这题和上一题极其相似,只是注意多个最小值优先删除编号小的,于是我们在 Merge 的时候看一下两个根如果值相等,让编号小的先上。

if (a[L].val > a[R].val)
	swap(L, R);

变成

if (a[L].val > a[R].val || (a[L].val == a[R].val && L > R))
	swap(L, R);

城池攻占

每一个结点开一个最小根左偏树,一开始每个骑士都记录在它 \(c_i\) 的左偏树里。

然后进行一次 DFS,到一个结点 \(u\),先递归处理它的所有儿子;处理完之后,再遍历所有儿子的左偏树,只要当前的左偏树的根小于 \(u\) 的防御值,就 del_min。

此时所有儿子的左偏树存着所有打到结点 \(u\) 的骑士,把这些左偏树全部 Merge 起来,然后在根结点处打一个标记,以后但凡考虑这颗左偏树里的结点,都要考虑标记,而且每当 Merge 和 del_min,都要记得 pushdown。

注意标记有两维:一维是乘法标记,一维是加法标记,和 线段树2 一样。

标签:,结点,dist,log,val,儿子,左偏
From: https://www.cnblogs.com/FLY-lai/p/18000577

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