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Splay bzoj3223文藝平衡樹

Splay,中文名伸展樹,是由tarjan大神發明的… orz
本質上就是BST加上splay操作——把結點x旋轉到指定結點的下面。
每次查詢完都把查到的數旋轉到根,就可以讓所有查詢的時間效率為均攤O(logN) (不知道為啥…大佬說是就是吧orz)

因為Splay可以通過伸展操作隨意改變樹的結構,只要把排名L-1的結點伸展到根,把排名R+1的結點伸展到根的右孩子,R+1結點的左子樹就包含了區間[L,R]中所有的點,所以Splay做區間操作非常方便。

缺點大概就是大得驚人的常數吧。

Splay的定義:

int ch[maxn][2], fa[maxn], val[maxn], siz[maxn], lazy[maxn];
int tot,root;
#define ls ch[now][0]
#define rs ch[now][1]

跟Treap的定義基本一樣的,少個優先順序,多個fa陣列記錄該結點的父親。lazy是題目要用的翻轉標記。
巨集是用來偷懶的~

為什麼Treap不要fa,Splay要?
因為Splay操作要用到父親的父親,不記錄fa不會寫。

旋轉rotate:
跟所有平衡樹的旋轉都是一樣的。get函式用來判斷該結點是它父親的哪個兒子。因為要維護區間,有些地方要pushup(把x旋轉到y的上面之後,y的子樹大小要重新計算)
貼張醜圖以供想象
這裡寫圖片描述

bool get(int x)//返回x是它父親的哪個兒子
{
    return x == ch[fa[x]][1
]; } void connect(int son,int f,int dir) { fa[son] = f; ch[f][dir] = son; } int y,z,yson,zson,xson; void Rotate(int x)//把x旋轉到fa[x]的位置,用get來判斷要左旋還是右旋 { y = fa[x]; z = fa[y]; yson = get(x), zson = get(y);//記錄x和y是他們父親的哪個兒子 xson = ch[x][yson^1]; connect(x,z,zson); connect(y,x,yson^1
); connect(xson,y,yson); pushup(y); }

伸展splay——把x旋轉到to的下面,成為to的兒子
三種情況:
1.fa[fa[x]] == to
往上旋一次即可
2.get(x) == get(fa[x])
設y是x的父親,z是y的父親,這種情況下,xyz是共線的(自行腦補)
tarjan大佬說這種情況要先把y旋上去,再把x旋上去
3.其他情況
x往上旋兩次

void splay(int x,int to)//把x旋轉到to的下面
{
    pushdown(x);//旋轉後會改變結點關係,先下推標記!
    while(fa[x] != to)
    {
        if(fa[fa[x]] == to)
            Rotate(x);
        else if(get(x)==get(fa[x]))
            Rotate(fa[x]), Rotate(x);
        else
            Rotate(x), Rotate(x);
    }
    pushup(x);//旋轉後會子樹大小會變,更新
    if(to == 0)//x移到根了,更新根
        root = x;
}

建樹build:
跟線段樹差不多,多傳一個引數f用來維護fa陣列

void build(int l,int r,int &now,int f)
{
    if(l>r) return ;
    int m = l + r >> 1;
    newnode(m,now,f);
    build(l,m-1,ls,now);
    build(m+1,r,rs,now);
    pushup(now);
}

更新update(本題的更新是翻轉)
首先把 L-1 splay到root,把 R+1 splay到root下面
build前要插入兩個虛結點0和N+1,不然splay操作會越界

    newnode(0,root,0);
    newnode(N+1,ch[root][1],root);
    build(1,N,ch[ch[root][1]][0],ch[root][1]);

但splay函式是把下標為x的結點旋轉到下標的to的結點下面,這裡的結點編號跟要維護的區間的下標是不一致的
區間就是BST的中序序列,寫個find函式把區間下標對應的結點編號求出來

int findk(int k,int now)//找區間中第k個數字的下標(0是第一個)
{
    pushdown(now);//往下找之前要pushdown(可能左右子樹需要翻轉)
    if(k == siz[ls]+1) return now;
    else if(k <= siz[ls]) return findk(k,ls);
    else return findk(k-siz[ls]-1,rs);
}

上面也提到了,0是區間中的第一個數字,所以要splay的是L和R+2

void update(int L,int R)
{
    int &now = root;//為了用上面那個巨集弄了個引用...(一開始沒寫引用狂T o(╥﹏╥)o)
    splay(findk(L,root),0);
    splay(findk(R+2,root),root);
    lazy[ch[rs][0]] ^= 1;
    pushup(rs);
    pushup(root);
}

完整程式碼

#include<cstdio>
#include<algorithm>
using namespace std;

const int maxn = 1e5 + 5;
int ch[maxn][2], fa[maxn], val[maxn], siz[maxn], lazy[maxn];
int tot,root;
#define ls ch[now][0]
#define rs ch[now][1]
int N,M;
void newnode(int v,int &x,int f)
{
    x = ++tot;
    ch[x][0] = ch[x][1] = 0;
    val[x] = v;
    siz[x] = 1;
    lazy[x] = 0;
    fa[x] = f;
}

bool get(int x)//返回x是它父親的哪個兒子
{
    return x == ch[fa[x]][1];
}

void pushup(int now)
{
    if(now)
        siz[now] = siz[ls] + siz[rs] + 1;
}

void pushdown(int now)
{
    if(lazy[now])
    {
        lazy[ls] ^= 1;
        lazy[rs] ^= 1;
        swap(ls,rs);//翻轉把左右子樹交換一下就好了
        lazy[now] = 0;
    }
}

void connect(int son,int f,int dir)
{
    fa[son] = f;
    ch[f][dir] = son;
}

int y,z,yson,zson,xson;
void Rotate(int x)//把x旋轉到fa[x]的位置,用get來判斷要左旋還是右旋
{
    y = fa[x];
    z = fa[y];
    yson = get(x), zson = get(y);//記錄x和y是他們父親的哪個兒子
    xson = ch[x][yson^1];
    connect(x,z,zson);
    connect(y,x,yson^1);
    connect(xson,y,yson);
    pushup(y);
}

void splay(int x,int to)//把x旋轉到to的下面
{
    pushdown(x);
    while(fa[x] != to)
    {
        if(fa[fa[x]] == to)
            Rotate(x);
        else if(get(x)==get(fa[x]))
            Rotate(fa[x]), Rotate(x);
        else
            Rotate(x), Rotate(x);
    }
    pushup(x);
    if(to == 0)//x移到根了,更新根
        root = x;
}

void build(int l,int r,int &now,int f)
{
    if(l>r) return ;
    int m = l + r >> 1;
    newnode(m,now,f);
    build(l,m-1,ls,now);
    build(m+1,r,rs,now);
    pushup(now);
}

int findk(int k,int now)//找區間中第k個數字的下標(0是第一個)
{
    pushdown(now);
    if(k == siz[ls]+1) return now;
    else if(k <= siz[ls]) return findk(k,ls);
    else return findk(k-siz[ls]-1,rs);
}

void update(int L,int R)
{
    int &now = root;//為了用上面那個巨集弄了個引用...(一開始沒寫引用狂T o(╥﹏╥)o)
    splay(findk(L,root),0);
    splay(findk(R+2,root),root);
    lazy[ch[rs][0]] ^= 1;
    pushup(rs);
    pushup(root);
}

void dfs(int now)
{
    pushdown(now);
    if(ls)
        dfs(ls);
    if(val[now]<=N&&val[now]>=1)
        printf("%d ",val[now]);
    if(rs)
        dfs(rs);
}

int main()
{
    int l,r;
    scanf("%d%d",&N,&M);
    newnode(0,root,0);
    newnode(N+1,ch[root][1],root);
    build(1,N,ch[ch[root][1]][0],ch[root][1]);
    while(M--)
    {
        scanf("%d%d",&l,&r);
        update(l,r);
    }
    dfs(root);
    return 0;
}