RMQ之ST算法(求區間最值問題)

RMQ之ST算法:(求區間最值)
來看一下ST算法是怎麼實現的(以最大值爲例):O(n*log(n))的算法複雜度
首先是預處理,用一個DP解決。設a是要求區間最值的數列,f[i,j]表示從第i個數起連續2^j個數中的最大值。
例如數列3 2 4 5 6 8 1 2 9 7 ,f[1,0]表示第1個數起,長度爲2^0=1的最大值,其實就是3這個數。
f[1,2]=5,f[1,3]=8,f[2,0]=2,f[2,1]=4……從這裏可以看出f[i,0]其實就等於a[i]。
這樣,DP的狀態、初值都已經有了,剩下的就是狀態轉移方程。我們把f[i,j](j≥1)
平均分成兩段(因爲j≥1時,f[i,j]一定是偶數個數字),從i到i+2^(j-1)-1爲一段,
i+2^(j-1)到i+2^j-1爲一段(長度都爲2^(j-1))。
用上例說明,當i=1,j=3時就是3,2,4,5 和6,8,1,2這兩段。f就是這兩段的最大值中的最大值。
於是我們得到了動規方程F[i,j]=max(F[i,j-1],F[i+2^(j-1),j-1])。
需要注意的是:在更新F[i,j]時要先更新i,再更新j(j在外層循環),而反過來不對
圖:

接下來是得出最值,也許你想不到計算出f有什麼用處,一般要想計算max還是要O(logn),甚至O(n)。
但有一個很好的辦法,做到了O(1)。還是分開來。
如:在上例中我們要求區間[2,8]的最大值,就要把它分成[2,5]和[5,8]兩個區間,
   因爲這兩個區間的最大值我們可以直接由f[2,2]和f[5,2]得到。
再如:從1 2 3 4 5中(區間[1,5])求取最大值:分別求[1,4]、[2,5]的最大值的最大值(即爲f[1,2]、f[2,2]的最大值),
     因爲f存的是2的次方個數的最值,所以要把其分爲兩個2的次方個數的區間即爲f[1,2]、f[2,2] 
擴展到一般情況,就是把區間[l,r]分成兩個長度爲2^n的區間(保證有f對應)。直接給出表達式:
k=trunc(ln(r-l+1)/ln(2));  把區間[l,r]分成兩個長度爲2^k的區間(並且保證兩個區間的並集爲[l,r]) 
ans=max(F[l,k], F[r-2^k+1,k]);
這樣就計算了從l開始,長度爲2^k的區間和從r-2^k+1開始長度爲2^k的區間的最大值(表達式比較繁瑣,
細節問題如加1減1需要仔細考慮),二者中的較大者就是整個區間[l,r]上的最大值。
#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int MAX_N = 10010;
int n;
int dp_max[MAX_N][20];//dp[i][j]記錄從第i個數開始的2^j個數中的最大值 
void solve(){
	int i, j;
	for(j = 1;(1 << j) <= n;j ++){ //i+(1<<j)-1<=n是爲了保證區間左端點不超出總數n
		for(i = 1;i + (1 << j) - 1 <= n;i ++){
			dp_max[i][j] = max(dp_max[i][j - 1], dp_max[i + (1 << j - 1)][j - 1]);//實質是動態規劃 
		}
	}
}
int get_ans(int i, int j){	//將[i,j]區間拆分 
	int k = (int)(log(j - i + 1) / log(2));//注意y-z要加一才爲區間長度
	return max(dp_max[i][k], dp_max[j - (1 << k) + 1][k]);//分別以左右兩個端點爲基礎,向區間內跳1<<x的最大值; 
}
int main(){
	int i;
	scanf("%d", &n);//輸入數據總數
	for(i = 1;i <= n;i ++)//數據輸入加初始化,即從i開始向右走2的0次方的區間中的最大值,(注//意i到i的長度爲一)。
		scanf("%d", &dp_max[i][0]);
	solve();//預處理
	int k, a, b;
	scanf("%d", &k); //輸入詢問次數k
	for(i = 0;i < k;i ++){
		scanf("%d%d", &a, &b);
		printf("%d\n", get_ans(a, b));
	}
	return 0;
} 

參考於:百度百科


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