RMQ之ST算法(求区间最值问题)

RMQ之ST算法:(求区间最值)
来看一下ST算法是怎么实现的(以最大值为例):O(n*log(n))的算法复杂度
首先是预处理,用一个DP解决。设a是要求区间最值的数列,f[i,j]表示从第i个数起连续2^j个数中的最大值。
例如数列3 2 4 5 6 8 1 2 9 7 ,f[1,0]表示第1个数起,长度为2^0=1的最大值,其实就是3这个数。
f[1,2]=5,f[1,3]=8,f[2,0]=2,f[2,1]=4……从这里可以看出f[i,0]其实就等于a[i]。
这样,DP的状态、初值都已经有了,剩下的就是状态转移方程。我们把f[i,j](j≥1)
平均分成两段(因为j≥1时,f[i,j]一定是偶数个数字),从i到i+2^(j-1)-1为一段,
i+2^(j-1)到i+2^j-1为一段(长度都为2^(j-1))。
用上例说明,当i=1,j=3时就是3,2,4,5 和6,8,1,2这两段。f就是这两段的最大值中的最大值。
于是我们得到了动规方程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]时要先更新i,再更新j(j在外层循环),而反过来不对
图:

接下来是得出最值,也许你想不到计算出f有什么用处,一般要想计算max还是要O(logn),甚至O(n)。
但有一个很好的办法,做到了O(1)。还是分开来。
如:在上例中我们要求区间[2,8]的最大值,就要把它分成[2,5]和[5,8]两个区间,
   因为这两个区间的最大值我们可以直接由f[2,2]和f[5,2]得到。
再如:从1 2 3 4 5中(区间[1,5])求取最大值:分别求[1,4]、[2,5]的最大值的最大值(即为f[1,2]、f[2,2]的最大值),
     因为f存的是2的次方个数的最值,所以要把其分为两个2的次方个数的区间即为f[1,2]、f[2,2] 
扩展到一般情况,就是把区间[l,r]分成两个长度为2^n的区间(保证有f对应)。直接给出表达式:
k=trunc(ln(r-l+1)/ln(2));  把区间[l,r]分成两个长度为2^k的区间(并且保证两个区间的并集为[l,r]) 
ans=max(F[l,k], F[r-2^k+1,k]);
这样就计算了从l开始,长度为2^k的区间和从r-2^k+1开始长度为2^k的区间的最大值(表达式比较繁琐,
细节问题如加1减1需要仔细考虑),二者中的较大者就是整个区间[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]记录从第i个数开始的2^j个数中的最大值 
void solve(){
	int i, j;
	for(j = 1;(1 << j) <= n;j ++){ //i+(1<<j)-1<=n是为了保证区间左端点不超出总数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]);//实质是动态规划 
		}
	}
}
int get_ans(int i, int j){	//将[i,j]区间拆分 
	int k = (int)(log(j - i + 1) / log(2));//注意y-z要加一才为区间长度
	return max(dp_max[i][k], dp_max[j - (1 << k) + 1][k]);//分别以左右两个端点为基础,向区间内跳1<<x的最大值; 
}
int main(){
	int i;
	scanf("%d", &n);//输入数据总数
	for(i = 1;i <= n;i ++)//数据输入加初始化,即从i开始向右走2的0次方的区间中的最大值,(注//意i到i的长度为一)。
		scanf("%d", &dp_max[i][0]);
	solve();//预处理
	int k, a, b;
	scanf("%d", &k); //输入询问次数k
	for(i = 0;i < k;i ++){
		scanf("%d%d", &a, &b);
		printf("%d\n", get_ans(a, b));
	}
	return 0;
} 

参考于:百度百科


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