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块状链表

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radaren
发布2018-08-28 14:55:28
8350
发布2018-08-28 14:55:28
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用途是用$O(\sqrt{n})$的方式线段计算(线段树是二分$O(logN)$) 是不是和莫队很像2333

  • 相当于(数组+链表)
  • 网站part

基本操作: (1)定位:先定位元素所在的链表节点,然后再定位该元素在数组中的位置。 (2)分裂:将某个链表节点分裂成两个节点。 (3)插入:首先定位要插入的位置,然后将所在节点分裂成两个节点,并将数据放到第一个节点的末尾。 如果要插入的是一大块数据,首先要将数据切成多个block(每个block对应一个块状链表的一个节点)并将这些block链起来,然后将它们插入那两个节点之间。

关键点和复杂度分析 该算法的核心是确定链表长度和每个节点的数组长度,以及怎么保证这个长度值?设块状链表中元素总个数为X,链表长度为n,每个节点中数据长度为m,则当m=n=sqrt(X)时,可保证m和n同时最小,此时各种操作的时间复杂度最低。在实际应用时,需维持块状链表的每个节点大小在[sqrt(n)/2, 2*sqrt(n)],否则,块状链表会退化。维护方法是,适当的时候,对节点进行合并与分裂(维护本身不会使复杂度增加)

  • 论文part

而且块状链表非常好扩展,只要是序列操作,比如:统一赋值,翻转,求和,维护最小值等等,都可以使用块状链表得到

的复杂度,而如果将整个块状链表维护成有序的,它甚至可以实现平衡树的一些操作[1],毕竟平衡树也可以看作是一种维护序列的方法。 又因为块状链表只在每个分块记录一些额外信息,它的空间利用率很高,而同是模拟方法的Splay需要在每个节点上维护全部额外信息,虽然速度比较快,却占用大量内存[2]。 其实,在日常生活中我们经常会用到块状链表:传统的FAT文件系统就是将磁盘扇区分簇,然后用FAT表(FileAllocation Table 文件分配表)来记录每一个簇的状态:是否损坏,是否被使用,如果被使用那么它的下一个簇是哪一个簇。可见,FAT文件系统的思想和块状链表是一致的。 而且因为块状链表空间利用率很高,分块的结构又能很方便的和缓冲区结合使用,Vim[3]也使用了块状链表,在内存的存储和在磁盘上的缓冲都使用了类似块状链表的结构[4]。试想如果用Splay去写一个文本编辑器会是多么复杂而抽象,它又如何方便地利用缓冲区,一旦发生崩溃、断电等意外事件,又如何从磁盘缓冲中重构树结构、恢复数据? 另外,已经有人在g++的<ext/rope>库中写了一个基本的块状链表模板:__gnu_cxx::rope<T, Alloc>,也就是说,使用C++的同学可以很方便的得到一个现成的块状链表[5]


[1] 我用块状链表做NOI2006happybirthday,略微比我写的SBT短一些,可以过8个点(第8个点接近时限)。 [2] 利用Splay可以把模拟操作的复杂度降到

(其实这也是空间换时间的例子:线段树、Splay维护的额外信息多,空间占用大,但是速度也快),关于Splay的讨论可以参考2007年余江伟的集训队论文《如何解决好动态统计问题》,2004年杨思雨的集训队论文《伸展树的基本操作与应用》。 [3] Vi IMproved,应该算是很有名了吧。 [4] 就像BramMoolenaar所说:A texteditor is used all day by many people; it is worth investing time and effort inmaking it work well. Vim使用的数据结构很复杂,但是原理和块状链表是相似的。 [5] http://www.sgi.com/tech/stl/Rope.html上有一份rope<T, Alloc>的文档。

例程 4+2 07

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<math.h>#define maxc 1000000 //数列的最大长度int C; //数列的长度int val[maxc]; //数列中的每个元素struct NODE { //每个元素为链表中的一个节点 int next; //链表的下一节点 int jump; //链表的下sqrt(N)个节点 long long sum; //链表中以这个节点开始的连续sqrt(N)个节点的和};NODE list[maxc]; //链表的每个节点struct LIST { //连续段 int head; //连续段的起点 int len; //连续段的长度};int J; //保存sqrt(N)的值LIST l; //整个链表看作一个连续段void init() { //初始化函数 J = sqrt(C); //计算sqrt(N)的值 if (J<1) J=1; //最少为1 int i; for (i=0;i<C;i++){ //初始化链表 //链表的下一元素指针 if(i<C-1) list[i].next=i+1; else list[i].next=-1; //链表的下J元素指针 if(i<=C-J) list[i].jump=i+J; else list[i].jump=-1; list[i].sum = 0; //清空和为0 } long long k; for(i=0,k=0;i<J;i++)k+=val[i]; //计算前J项和 for(i=0;i<C-J;i++){ //计算每个数之后的连续J项和 list[i].sum = k; //从前一个连续J项和,减去第一项,加上最后一项,得到新的连续J项和 k = k - val[i] + val[i+J]; } list[i].sum = k; l.head = 0; //初始连续段的起点 l.len = C; //初始连续段的长段}int getlocate(LIST l, int t) //求连续段的第t个元素的位置{ if(t<0 || t>=l.len) return -1; //输入位置不合法 int i; i = l.head; while(t>=J){ //还有超过J个元素 i = list[i].jump; //直接跳过J个元素 t -= J; } while(t){ //不超过J个元素 i = list[i].next; //超过1个元素 t --; } return i; //返加元素所在位置}LIST merge(LIST a, LIST b){ //数列合并 if(a.len==0) return b; //a数列为空时返回b数列 if(b.len==0) return a; //b数列为空时返回a数列 int ha, hb, ia, ib, i,j; i = getlocate(a, a.len-1); //找到a数列最后一个元素 list[i].next = b.head; //指向b数列的第一个元素 LIST re;re.head=a.head, re.len=a.len+b.len; //合并后的数列 if(re.len<J) return re; //数列长度小于J,则不需要改变指针和连续段和 if(a.len<J){ //a的长度小于J,则改变指针要从a的第一个元素开始 ia = 0; //a的第一个元素 ib = J-a.len; //对应的J个元素后所在的位置 } else { //a的长度不小于J ia = a.len - J; //从a的倒数第J个元素开始 ib = 0; //从b的第一个元素开始 } ha = getlocate(a, ia); //求出第一个元素所在位置 hb = getlocate(b, ib); //求出最后一个元素所在位置 long long k; //连续J个元素的和 for(i=k=0,j=ha;i<J;i++,j=list[j].next) k+=val[j]; while(ia<a.len && ib<=b.len){ //枚举所有需要改变的节点 list[ha].jump = hb; //修改跳过J个元素的指针 list[ha].sum = k; //修改连续J个元素的和 k -= val[ha]; //减去第一个元素 if(hb!=-1) k += val[hb]; //加上最后一个元素 ha = list[ha].next; //第一个元素的下一节点 hb = list[hb].next; //最后一个元素的下一节点 ia++, ib++; //下一个连续J个元素 } return re; //返回合并后的数列}void move(int sa, int sb, int np){ //移动一段连续数列 int leftpartlen; //左边部分的元素个数 if(np<sa)leftpartlen=np+1; //移动段在插入位置的右边 else leftpartlen=np+1-(sb-sa+1);//移动段在插入位置的左边 LIST left, mid, right; //初始段分成三段 left.head = l.head; //左段的起始位置 left.len = sa; //左段的长度 mid.head = getlocate(l, sa); //中段的起始位置 mid.len = sb-sa+1; //中段的长度 right.head = getlocate(l, sb+1);//右段的起始位置 right.len = C-sb-1; //右段的长度 l = merge(left, right); //合并左右段 //在插入位置分成两段 left.head = l.head; //左段起始位置 left.len = leftpartlen; //左段长度 right.head = getlocate(l, leftpartlen);//右段起始位置 right.len = l.len - leftpartlen;//右段长度 l = merge(left, mid); //合并左段和中段 l = merge(l, right); //合并右段}void sum(int sa, int sb){ //求连续段的和 int i,t; long long ans = 0; //初始化和为0 i = getlocate(l,sa); //起始元素位置 t = sb-sa+1; //连续段长度 while(t>=J){ //超过J个元素 ans += list[i].sum; //一次累加连续J个元素的和 i = list[i].jump; //跳过J个元素 t -= J; } while(t){ //不足J个元素 ans += val[i]; //累加一个元素 i = list[i].next; //跳过一个元素 t --; } printf("%I64d\n", ans); //输出答案}int main() { int cs; scanf("%d",&cs); //输入数据组数 while(cs--){ scanf("%d",&C); //输入数列长度 int i,j; for(i=0;i<C;i++)scanf("%d",&val[i]); //输入每个元素 init(); //初始化 int S, sa, sb, np; scanf("%d",&S); //输入操作数 char st[30]; for(i=0;i<S;i++){ scanf("%s",st); if(strcmp(st,"Move")==0){//如果是移动操作 scanf("%d%d%d",&sa,&sb,&np); sa--,sb--,np--; move(sa,sb,np); //调用移动操作函数 } else if(strcmp(st,"Sum")==0){//如果是求和操作 scanf("%d%d",&sa,&sb); sa--,sb--; sum(sa,sb); //调用求和操作函数 } } } return 0;}

参考资料

  • 中山大学程序设计竞赛(中山大学内部选拔赛) 真题解(一)
  • 对块状链表的一点研究 苏煜
  • 网上的资料
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