2021.12.06 平衡树——Treap
https://www.luogu.com.cn/blog/HOJQVFNA/qian-xi-treap-ping-heng-shu
1.二叉搜索树
1.1 性质
左子树的值都小于父节点,右子树的值都大于父节点。
2.堆
2.1 性质
是一颗完全二叉树,并且子节点不大于或小于父节点
3.Treap
一棵Treap上的节点有关键码和优先级。关键码满足二叉树的性质,优先级满足堆的性质。关键码就是真实的值,优先级 rand()
一个就成。
3.1 旋转rotate
为了满足关键码和优先级的顺序不变,也就是为了维护二叉搜索树和堆的性质,有大佬搞出了rotate这一操作。
3.1.1 右旋
就是把grandpa下降到右边,dad升到根节点。
旋转前:
旋转后:
3.1.2 左旋
就是把grandpa下降到左边,uncle升到根节点。
旋转前:
旋转后:
3.1.3 代码实现
我们可以发现每种旋转中只有两个节点的父节点变了。
如果是右旋,改变了cousin与grandpa:cousin是dad的右儿子,变为consin是grandpa的左儿子;dad的右儿子变成了grandpa。
如果是左旋,改变了son与grandpa:son是uncle的左儿子,变成了son是grandpa的右儿子;uncle的左儿子变成了grandpa。
改变的节点都与旋转的方向有关,所以左旋和右旋可以合并,写在一个函数中。
flag
:0 \(\longrightarrow\) 左旋,1 \(\longrightarrow\) 右旋
son[x][0/1]
:0 \(\longrightarrow\) 左儿子,1 \(\longrightarrow\) 右儿子
代码如下:
inline void rotate(int &x,int flag){
int y=son[x][flag^1];
int change=son[y][flag];
son[x][flag^1]=change;
son[y][flag]=x;
update(x);
update(y);
x=y;
}
旋转完之后因为节点关系变化,记得更新dad和grandpa。
sizei[x]
:x节点为根节点所在子树大小
same[x]
:与x节点关键码大小相同的个数
代码如下:
inline void update(int x){
sizei[x]=sizei[son[x][0]]+sizei[son[x][1]]+same[x];
}
3.2 插入insert
从根节点开始向下找。
val[x]
:x节点关键码大小
key
:x节点优先级大小
root
:根节点
cnt
:当前Treap中结点的个数
vali
:被插入的关键码的值
如果cnt==0
,新建节点,返回 ,不用更新(就孤零零的一个节点更新个啥?);
如果 val[x]==vali
,只更新 sizei[x]
与 same[x]
的值,加一;
否则,继续插入,直到满足以上两个情况,如果被更新的子树的优先级大于x的优先级,向反方向旋转。
(旋转吧,小陀螺~——来自蔡明小品)
代码如下:
inline void insert(int &x,int vali){
if(!x){
x=++cnt;
sizei[x]=same[x]=1;
val[x]=vali;
key[x]=rand();
return ;
}
if(val[x]==vali)return (void)(++sizei[x],++same[x]);
int flag=vali>val[x];
insert(son[x][flag],vali);
if(key[x]<key[son[x][flag]])rotate(x,flag^1);
update(x);
}
温馨提示:记得更新。
3.3 删除deletei
vali
:被删除的关键码的值
如果 val[x]==vali
:
如果没有左儿子也没有右儿子,同insert正好相反,更新 sizei[x]
与 same[x]
的值,减一。如果这个节点被删空了,删除这个节点。
如果有且仅有左儿子或有且仅有右儿子,把它仅有的儿子旋转上来——也就是把它反方向旋转下去,删除旋转后的它。当然,这个节点必须到这棵子树的叶子节点才会被删除。
如果既有左儿子又有右儿子,比较左右儿子优先级的大小,优先级大的旋转上来,——也就是把它反着优先级较大儿子的方向旋转下去,删除旋转后的它。当然,这个节点也必须到这棵子树的叶子节点才会被删除。
代码如下:
inline void deletei(int &x,int vali){
if(!x)return ;
int flag=vali==val[x]?-1:(vali<val[x]?0:1);
if(flag!=-1)deletei(son[x][flag],vali);
else{
if(!son[x][0]&&!son[x][1]){
--same[x];--sizei[x];
if(same[x]==0)x=0;
}else if(son[x][0]&&!son[x][1]){
rotate(x,1);
deletei(son[x][1],vali);
}else if(!son[x][0]&&son[x][1]){
rotate(x,0);
deletei(son[x][0],vali);
}else if(son[x][0]&&son[x][1]){
flag=key[son[x][0]]>key[son[x][1]];
rotate(x,flag);
deletei(son[x][flag],vali);
}
}
update(x);
}
记得更新~
3.4 根据关键码大小找排名 (默认排名为比它小的数的个数+1)score_rand
k
:被查找排名的关键码的值
如果找到空节点,返回;
如果 val[x]==k
,返回左儿子大小+1;
如果 val[x]>k
,往左儿子找;
反之往右儿子找。
代码如下:
inline int score_rank(int x,int k){
if(!x)return 0;
if(val[x]==k)return sizei[son[x][0]]+1;
else if(val[x]>k)return score_rank(son[x][0],k);
else if(val[x]<k)return score_rank(son[x][1],k)+sizei[son[x][0]]+same[x];
}
没有旋转,不用更新~
3.5 根据排名查找分数rank_score
k
:被查找分数的排名的值
如果找到空节点,返回;
如果左子树大小大于等于k,查找左子树;
如果左子树大小+与x相同的值的大小大于等于k,直接返回x的关键码的值;
否则查找右子树。
代码如下:
inline int rank_score(int x,int k){
if(!x)return 0;
if(sizei[son[x][0]]>=k)return rank_score(son[x][0],k);
else if(sizei[son[x][0]]+same[x]>=k)return val[x];
else return rank_score(son[x][1],k-sizei[son[x][0]]-same[x]);
}
3.6 查找前驱pre
前驱一定是被查找的关键码的值左边最大值。
k
:被查找的关键码的值
inf
:自定义的正无穷的值
如果查到空节点,返回会负无穷;
如果 val[x]>=k
,往左子树找;
否则返回x节点的关键码和往左子树查找结果的关键码的最大值。
代码如下:
inline int pre(int x,int k){
if(!x)return -inf;
if(val[x]>=k)return pre(son[x][0],k);
else return max(val[x],pre(son[x][1],k));
}
3.7 查找后继suf
同查找前驱相反,只不过返回正无穷,而且是当 val[x]<=k
时往右子树找。
代码如下:
inline int suf(int x,int k){
if(!x)return inf;
if(val[x]<=k)return suf(son[x][1],k);
else return min(val[x],suf(son[x][0],k));
}
模板
https://www.luogu.com.cn/problem/P3369
#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<ctime>
#define IOS ios_base::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cout.tie(0);
using namespace std;
const int N=1e5+10;
const int inf=0x3f3f3f3f;
int n,cnt,root,son[N][2],fa[N],val[N],key[N],sizei[N],same[N];
inline int read(){
int s=0,w=1;
char ch=getchar();
while(ch<'0'||ch>'9'){
if(ch=='-')w=-1;
ch=getchar();
}
while(ch<='9'&&ch>='0'){
s=s*10+ch-'0';
ch=getchar();
}
return s*w;
}
inline void update(int x){
sizei[x]=sizei[son[x][0]]+sizei[son[x][1]]+same[x];
}
inline void rotate(int &x,int flag){
int y=son[x][flag^1];
int change=son[y][flag];
son[x][flag^1]=change;
son[y][flag]=x;
update(x);
update(y);
x=y;
}
inline void insert(int &x,int vali){
if(!x){
x=++cnt;
sizei[x]=same[x]=1;
val[x]=vali;
key[x]=rand();
return ;
}
if(val[x]==vali)return (void)(++sizei[x],++same[x]);
int flag=vali>val[x];
insert(son[x][flag],vali);
if(key[x]<key[son[x][flag]])rotate(x,flag^1);
update(x);
}
inline void deletei(int &x,int vali){
if(!x)return ;
int flag=vali==val[x]?-1:(vali<val[x]?0:1);
if(flag!=-1)deletei(son[x][flag],vali);
else{
if(!son[x][0]&&!son[x][1]){
--same[x];--sizei[x];
if(same[x]==0)x=0;
}else if(son[x][0]&&!son[x][1]){
rotate(x,1);
deletei(son[x][1],vali);
}else if(!son[x][0]&&son[x][1]){
rotate(x,0);
deletei(son[x][0],vali);
}else if(son[x][0]&&son[x][1]){
flag=key[son[x][0]]>key[son[x][1]];
rotate(x,flag);
deletei(son[x][flag],vali);
}
}
update(x);
}
inline int score_rank(int x,int k){
if(!x)return 0;
if(val[x]==k)return sizei[son[x][0]]+1;
else if(val[x]>k)return score_rank(son[x][0],k);
else if(val[x]<k)return score_rank(son[x][1],k)+sizei[son[x][0]]+same[x];
}
inline int rank_score(int x,int k){
if(!x)return 0;
if(sizei[son[x][0]]>=k)return rank_score(son[x][0],k);
else if(sizei[son[x][0]]+same[x]>=k)return val[x];
else return rank_score(son[x][1],k-sizei[son[x][0]]-same[x]);
}
inline int pre(int x,int k){
if(!x)return -inf;
if(val[x]>=k)return pre(son[x][0],k);
else return max(val[x],pre(son[x][1],k));
}
inline int suf(int x,int k){
if(!x)return inf;
if(val[x]<=k)return suf(son[x][1],k);
else return min(val[x],suf(son[x][0],k));
}
int main(){
freopen("P3369.out","w",stdout);
//IOS;
//cin>>n;
n=read();
for(int i=1;i<=n;i++){
int op,x;
//cin>>op>>x;
op=read();x=read();
if(op==1)insert(root,x);
else if(op==2)deletei(root,x);
else if(op==3)cout<<score_rank(root,x)<<endl;
else if(op==4)cout<<rank_score(root,x)<<endl;
else if(op==5)cout<<pre(root,x)<<endl;
else if(op==6)cout<<suf(root,x)<<endl;
}
return 0;
}