前言部分

splay是个什么东西呢?

它就是个平衡树,支持以下操作

蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

这些操作还可以用treap,替罪羊树,红黑树,multiset balabala(好像混进去什么奇怪的东西)

这里就只说一下splay(其他的窝不会)(splay窝也不会蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

先来几个变量和一些辅助函数:

root:当前平衡树的根是那个节点

sz:整个平衡树的大小

ch[x][0]:x的左儿子的编号

ch[x][1]:x的右儿子的编号

size[x]:x和它的子树的大小

cnt[x]:编号为x的点的权值出现了几次

par[x]:x的父亲的编号

key[x]:编号为x的点的权值

get(x):查询x是它父亲的左儿子还是右儿子(左儿子返回0,右儿子返回1)

pushup(x):统计x的size和cnt

clear(x):将x的ch,size,cnt,key清0(删除用)

代码:

void pushup(int x)
{
    size[x]=size[ch[x][0]]+size[ch[x][1]]+cnt[x];//左子树+右子树+自身的cnt
    return ;
}

void clear(int x)
{
    size[x]=0;ch[x][0]=0;ch[x][1]=0;key[x]=0;cnt[x]=0;par[x]=0;
    return ;//全部清0就好辣
}

bool get(int x)
{
    return ((ch[par[x]][1]==x)?1:0);//如果x是自己父亲的右儿子,就返回1,否则返回0
}

正文开始

一.一些基础操作

说了辣么多,还没有介绍平衡树到底是个什么东西

不过不着急,我们先来看看二叉搜索树

二叉搜索树有一个神奇的性质:所有比当前节点x权值小的节点,都在x的左子树里面,权值比x大的点都在x的右子树里

有了这个神奇的性质,在一般情况下树高就是log级别的,查询的复杂度也就降到了log级别,这很好对不对?

但是duliu出题人总是会种出一些歪七扭八的二叉搜索树,就像下面这样(节点里面的数是权值)

蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

对于第二种毒瘤的二叉搜索树,复杂度就退化成了O(n),这不优美。我们想让它成长,让它学会自己平衡。于是,它成长成了平衡树。

splay如何做到自己平衡?

我们看这个丑陋的树:

蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

 

转一转(右旋)

蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

我们发现,B原本的右儿子成了A的左儿子,B现在的右儿子是A,其余不变

为什么这样转?

我们把B转成了根,那么B就没有父亲了,但是多了A这个右儿子,需要处理成二叉。同时A失去了左儿子,并且A发现B还有一个原来的右儿子F,F比A小,于是A就让F当自己的左儿子

如果我们把A左旋(然后这个树就更不平衡了ρωρ)
蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

我们发现A没有右儿子了,D的左儿子变成了A

旋转的方式和右旋差不多,这里是让D的左儿子认A当爹,让A认D当爹。

不过可惜D并没有左儿子,于是A转完了也就没有右儿子辣。

 我们可以总结出旋转的规律:

现在我们要把x转到根的位置(不管现在x在哪)

我们用k表示x是它父亲的左儿子还是右儿子(0是左儿子,1是右儿子),y是x的儿子

就让y的k方向的儿子变成x的与k相反方向的儿子,y认x为爹,同时让y的父亲在y这个方向上的儿子替换成x

说人话版本:

y=par[x],z=par[y],k=get(x),e=get(y)

ch[y][k]=ch[x][k^1]

par[ch[y][k]]=y

par[y]=x

ch[x][k^1]=y

par[x]=z

ch[z][e]=x

代码版本:

void rotate(int x)
{
    int y=par[x],z=par[y],k=get(x),e=get(y);
    ch[y][k]=ch[x][k^1];par[ch[y][k]]=y;
    par[y]=x;ch[x][k^1]=y;
    par[x]=z;
    if(z)
     ch[z][e]=x;
     pushup(y);pushup(x);//记得pushup回去(统计信息)
}

当然只旋转一次是肯定不够的,所以我们再来一个splay函数。

splay(x)就是把x旋转到根(当然也可以再带一个参数,让x旋转到那个参数去)

定义fa,让fa一直等于当前x的父亲,一直旋转x,直到x的父亲是0(x是根节点)

注意:如果x,x的父亲,x的爷爷在同一条线上,就先转x的父亲

void splay(int x)
{
    for(int fa;fa=par[x];rotate(x))
        if(par[fa])
            rotate((get(x)==get(fa))?fa:x);  
    root=x;
}

好像有什么不对的???

蒟蒻的splay 1---------洛谷板子题普通平衡树

貌似这些操作一个都没有实现ρωρ

那就开始讲这些操作好了

二.平衡树支持的操作

1.插入X

如果当前平衡树里面没有元素,就直接sz++,root=sz

如果当前点的权值>x,就到左子树找x,反之则到右子树找,直到找到x,然后更新cnt,size,顺便再splay一下

如果找到最后都没有x,就说明x先前不在平衡树里,就新建一个节点,其权值为x,维护cnt,size

void insert(int x)
{
    if(root==0)
    {
        sz++;
        key[sz]=x;
        root=sz;
        cnt[sz]=1;size[sz]=1;
        par[sz]=ch[sz][0]=ch[sz][1]=0;
        return;//这里由于只有一个节点,就不需要splay了
    }
    int now=root,fa=0;
    while(1)
    {
        if(key[now]==x)
               {
            cnt[now]++;
            pushup(now);//先更新now,再更新fa
            pushup(fa);
            splay(now); //为了以后方便,我们要把当前点splay到根
            return ;
        }
        fa=now;
        now=ch[now][key[now]<x];//第二维表示的是如果key[now]<x,就返回1,否则是0
        if(now==0)//最终没有找着(不存在的节点默认值是0)
        {
            sz++;
            size[sz]=1;cnt[sz]=1;
            root=sz;
            key[sz]=x;
            ch[fa][key[fa]<x]=sz; 
            par[sz]=fa;
            key[sz]=x;
            pushup(fa);
            splay(sz);return ;
        }    
    }
}
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