二×排序树（BST），的主要性质是有序性，树的中序遍历始终为同一个有序序列，也就是对于每一节点u u的左儿子的键值应当小于u，右儿子键值大于u。
最佳状态平衡树高度为log(N)，这意味着插入，删除，查询，查询排名等多种操作可以在log(N)的时间内完成（0.0）
但是在实际操作中，排序树的高度难以控制，有时可以被卡成一条链（操作时间复杂度变成O（N）），这些待会再说
排序树的基本操作
0.节点
struct Node {
int v,ch[2],fa,sz;
} d[MAXD];
int tot = 0;
inline int newNode() {
memset(d + ++tot,0,sizeof d[0]);
return tot;
}
v: 键值
ch: 左右儿子,空为0
fa: 父亲
sz: 以当前节点为根节点子树大小，可用于排名查询操作
1.旋转 （旋转，跳跃！）
旋转是一种能改变节点位置而同时保持排序树中序遍历的有序性的操作。
比如要把X节点旋转到它的父亲Y所在位置，
如下图所示
可见旋转后树的中序遍历并没有改变
代码如下 : （把X向上旋转）
inline void updata(int x) {
d[x].sz = d[d[x].ch[0]].sz + d[d[x].ch[1]].sz + 1;
}
inline void rotate(int x) {
int y = d[x].fa;
bool f = (d[y].ch[1] == x);
d[x].fa = d[y].fa;
d[y].fa = x;
if(d[x].fa) d[d[x].fa].ch[d[d[x].fa].ch[1] == y] = x;
d[y].ch[f] = d[x].ch[!f];
if(d[x].ch[!f]) d[d[x].ch[!f]].fa = y;
d[x].ch[!f] = y;
updata(y);
updata(x);
}
2.插入
从排序树的根节点向下行走近似于二分查找的操作（由于树的不完全平衡可能会略慢）
找到应该插入的位置进行插入，
最后向上进行必要的调整操作（依排序树类型而定）
#1 按照键值插入
int getPos(int val) {
int u = root,l = 0;
while(u) {
if(d[u].v == val) return u;
l = u;
u = d[u].ch[val > d[u].v];
}
return l;
}
int insert(int val) {
int p = getPos(val);
if(p && d[p].v == val) {d[p].cnt ++; return p;}
int r = newNode();
if(p) d[p].ch[val > d[p].v] = r;
d[r].fa = p;
d[r].v = val;
d[r].cnt = 1;
d[r].pri = random(MAXP);
if(!root) root = r;
adjust(r);
return r;
}
#2 按照排名插入类似于按照键值， 寻找插入位置方法类似于下面的函数
int getByRank(int rk,int u = root) {
while(u) {
if(d[d[u].ch[0]].sz >= rk)
u = d[u].ch[0];
else if(d[d[u].ch[0]].sz + 1 >= rk)
return u;
else rk -= d[d[u].ch[0]].sz + 1,u = d[u].ch[1];
}
return u;
}
3.删除
不同的排序树有不同的删除方法， 但他们都支持删除， 具体见下面的每一种排序树
ps ： 通用简单但是略暴力的方法是伪删除，找到原节点后打个vis标记表示之后的操作忽略该节点即可
4.查找
从排序树的根节点向下行走近似于二分查找的操作（由于树的不完全平衡可能会略慢）
int getPos(int val) {
int u = root,l = 0;
while(u) {
if(d[u].v == val) return u;
l = u;
u = d[u].ch[val > d[u].v];
}
return l;
}
5.获得前驱或后继
根据树的形态和大小关系得到下面代码：
int getNearby(int u,bool f) {
splay(u,0);
if(!d[u].ch[f]) throw "getNearby";
u = d[u].ch[f];
while(d[u].ch[!f]) u = d[u].ch[!f];
return u;
}
** 关于批量插入
会让排序树的高度不确定增加。。
先把插入的序列弄成一颗几乎最佳BST然后按照这个BST的根节点插入
下面给出O(n)建立几乎最佳BST的代码
int * src;
int buildTree(int lef,int rig) {
if(lef > rig) return 0;
int mid = (lef + rig) >> 1;
int r = newNode();
d[r].v = src[mid];
d[r].sz = 1;
if(lef == rig)
return r;
d[r].ch[0] = buildTree(lef,mid - 1);
d[r].ch[1] = buildTree(mid + 1,rig);
d[d[r].ch[0]].fa = r;
d[d[r].ch[1]].fa = r;
d[r].sz += d[d[r].ch[0]].sz + d[d[r].ch[1]].sz;
return r;
}
以上大约就是排序树最基本的通用操作了
splay 伸展树
特点 ： 我爱旋转！
调整操作 ： splay！
复杂度： 大约相当于Treap的2倍
splay通过splay进行调整
splay(x,g) 代表把x连续旋转变换到到g的儿子位置(旋转前x在g的子树里)
首先显然只需要不停地while(d[x].fa != g) rotate(x)就可以了
那么splay是如何防止树退化成一条链的呢？
关键在于“双旋”操作
当旋转A时，A是A的父亲B的x儿子， 同时B是B的父亲C的x儿子（x == 左/右），那么可以先旋转B，在旋转A，然后你就发现深度神奇地变小了0.0
比如：
要把F旋转到A的左儿子， 发现F是D的左儿子，D是B的左儿子
于是先rotate(D),变成
然后rotate(F)
然后。。咦深度怎么没减小？？ 莫非这东西不靠谱？
（那就对了！的确不靠谱）
其实大多数情况下对于一直向左或向右的单链，splay还是比较有效的。但是尽管如此，splay的平均深度比Treap高出3分之1（所以慢）
代码大约长这样：
void splay (int x,int g) {
while(d[x].fa != g) {
int y = d[x].fa;
int z = d[y].fa;
if(z != g) {
if((d[z].ch[1] == y) == (d[y].ch[1] == x))
rotate(y);
else rotate(x);
}
rotate(x);
}
if(g == 0) root = x;
else updata(x);
}
既然有更好的调整方法，那我们为什么要splay呢？
原因：splay很灵活
我们可以使用splay操作来改变，操作树的形态来简单地完成一些其他排序树难以完成的操作。
1.splay删除操作
void erase(int x) {
int p = getPos(x);
int lpos = getNearby(p,false);
int rpos = getNearby(p,true);
splay(lpos,0);
splay(rpos,lpos);
d[rpos].ch[0] = 0;
splay(rpos,0);
}
上面的单点删除，获取了x的位置，然后获取x的前驱后继，把前驱旋转到根（0），然后把后继旋转到根的右儿子位置，那么节点x必然在根的右儿子的左儿子并且x的子树里只有它自己，于是直接删去d[rpos].ch[0] = 0;
扩广一下，运用到区间删除中
void eraseInterval(int lpos,int rpos) {
splay(lpos,0);
}
2.splay区间翻转
像线段树那样打lazy标记
首先把开区间左坐标splay到根
把右坐标splay到根的左儿子
然后给根的左儿子的右儿子打上lazy标记表示翻转
void reverseInterval(int lefp,int rigp) {
splay(lefp,0);
splay(rigp,lefp);
if(d[rigp].ch[0]) d[d[rigp].ch[0]].rv ^= 1;
}
接下来每访问一个节点前都要下传懒标记
如果有懒标记要交换左右儿子
inline void pushdown(int x) {
if(!d[x].rv) return ;
swap(d[x].ch[0],d[x].ch[1]);
d[d[x].ch[0]].rv ^= 1;
d[d[x].ch[1]].rv ^= 1;
d[x].rv = 0;
}
…大概就那么几个特别操作
接下来是splay的模板以及“普通平衡树”一题的运行效果
普通平衡树（TYVJ1729）
你需要写一种数据结构（可参考题目标题），来维护一些数，其中需要 提供以下操作：
1. 插入一个整数x
2. 删除一个整数x(若有多个相同的数，只删除一个)
3. 查询整数x的排名(若有多个相同的数，输出最小的排名)，相同的数依次排名，不并列排名
4. 查询排名为x的数，排名的概念同3
5. 求x的前驱(前驱定义为小于x，且最大的数)，保证x有前驱
6. 求x的后继(后继定义为大于x，且最小的数)，保证x有后继
代码（两年前写的比较丑请见谅= =!）
#include<cstdio>
//#define TAG
#ifdef TAG
#include<time.h>
#include<windows.h>
#endif
#define FOR(x) for(int i=1;i<=x;i++)
#define INF 90100099
#define MAXN 601000
int ch[MAXN][2],fa[MAXN],k[MAXN],sz[MAXN],cnt[MAXN];
int tmp,root=0,top=1;
void getint(int&num)
{
char c;int flag=1;num=0;
while((c=getchar())<'0'||c>'9')if(c=='-')flag=-1;
while(c>='0'&&c<='9'){num=num*10+c-48;c=getchar();}
num*=flag;
}
void chi(int i){
printf("%d,%d ",k[ch[i][0]],k[ch[i][1]]);
}
void debug(int x){
if(x==-1)x=root;
puts("-========================-");
printf("index:%d\n",x);
printf("code:%d\n",k[x]);
printf("cnt:%d\n",cnt[x]);
printf("child:\n %d,%d\n",k[ch[x][0]],k[ch[x][1]]);
chi(ch[x][0]);chi(ch[x][1]);
puts("");
printf("father:%d\n",fa[x]);
printf("size:%d\n",sz[x]);
puts("-========================-");
}
void updata(int v){
sz[v]=sz[ch[v][0]]+sz[ch[v][1]]+cnt[v];
}
void rotato(int x){
int y=fa[x],z=fa[y];
bool f=(ch[y][1]==x);
ch[y][f]=ch[x][!f];
if(ch[y][f])fa[ch[y][f]]=y;
ch[x][!f]=y,fa[y]=x;
fa[x]=z;
if(z)ch[z][ch[z][1]==y]=x;
updata(y);
//updata(x);
//printf("rotato %d up->%d[sz%d]\n",x,ch[x][!f],sz[x]);
}
void splay(int a,int g){
int b,c;
for(;fa[a]!=g;rotato(a)){
b=fa[a];
c=fa[b];
if(c!=g){
if((ch[b][0]==a)==(ch[c][0]==b)){
rotato(b);
}
else rotato(a);
}
}
if(g==0)root=a;
if(!g)updata(a);
}
int nxtNod(int v,bool mod){
int x=root,y;
while(x!=0){
y=x;
if(k[x]==v)break;
x=ch[x][k[x]<v];
}
if((k[y]>v&&mod==1)||(k[y]<v&&mod==0))
return y;
splay(y,0);
int tmp=ch[y][mod];
while(ch[tmp][!mod])tmp=ch[tmp][!mod];
return tmp;
}
void insert(int v){
int x=root,y=0;
while(x!=0){
sz[x]++;
y=x;
if(k[x]==v){
cnt[x]++;
splay(x,0);
return;
}
if(k[x]<v)x=ch[x][1];
else if(k[x]>v)x=ch[x][0];
}
k[top]=v;
if(y)ch[y][v>k[y]]=top;
fa[top]=y;
cnt[top]=sz[top]=1;
top++;
splay(top-1,0);
return;
}
void deletf(int v){
int l=nxtNod(v,0);
int r=nxtNod(v,1);
splay(l,0);
splay(r,l);
cnt[ch[r][0]]--;
if(!cnt[ch[r][0]]){
ch[r][0]=0;
}
updata(ch[r][0]);
updata(r);
updata(l);
}
int rank(int v){//v的排名
int x=root,ret=0;
while(x!=0){
if(k[x]==v)return ret+sz[ch[x][0]];
if(k[x]>v) x=ch[x][0];
else ret+=sz[ch[x][0]]+cnt[x],x=ch[x][1];
}
return ret+x?0:1;
}
int rankval(int rk){//排名的数 2
int x=root,y;
if(sz[x]<rk)return 0;
while(x!=0){
//printf("rkget:%d(%d)\n",k[x],rk);
y=x;
if(sz[ch[x][0]]>=rk)x=ch[x][0];
else if(cnt[x]>=rk-sz[ch[x][0]])return x;
else rk-=sz[ch[x][0]]+cnt[x],x=ch[x][1];
}
return y;
}
int main(){
int n,ag1,ag2;
insert(INF);
//debug(1);
insert(-INF);
//freopen("in.txt","r",stdin);
scanf("%d",&n);
FOR(n){
getint(ag1);getint(ag2);
if(ag1==1)insert(ag2);
if(ag1==2)deletf(ag2);
if(ag1==3)printf("%d\n",rank(ag2));
if(ag1==4)printf("%d\n",k[rankval(ag2+1)]);
if(ag1==5)printf("%d\n",k[nxtNod(ag2,false)]);
if(ag1==6)printf("%d\n",true)]);
if(ag1==0)debug(ag2);
}
}
效率:
例题
1.[TYVJ1729]文艺平衡树
你需要写一种数据结构（可参考题目标题），来维护一个有序数列，其中需要提供以下操作：翻转一个区间，例如原有序序列是5 4 3 2 1，翻转区间是[2,4]的话，结果是5 2 3 4 1
splay区间翻转裸题,思路见上文
注意时时调用pushdown！
代码:
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <algorithm>
namespace splay {
using std :: swap;
const int MAXD = 110000;
struct Node {
int v,sz;
bool rv;
} d[MAXD];
int tot = 0,root = 0,maxium,minimum;
inline int newNode() {
memset(d + ++tot,sizeof d[0]);
return tot;
}
inline void pushdown(int x) {
if(!d[x].rv) return ;
swap(d[x].ch[0],d[x].ch[1]);
d[d[x].ch[0]].rv ^= 1;
d[d[x].ch[1]].rv ^= 1;
d[x].rv = 0;
}
inline void updata(int x) {
d[x].sz = d[d[x].ch[0]].sz + d[d[x].ch[1]].sz + 1;
}
inline void rotate(int x) {
int y = d[x].fa;
bool f = (d[y].ch[1] == x);
d[x].fa = d[y].fa;
d[y].fa = x;
if(d[x].fa) d[d[x].fa].ch[d[d[x].fa].ch[1] == y] = x;
d[y].ch[f] = d[x].ch[!f];
if(d[x].ch[!f]) d[d[x].ch[!f]].fa = y;
d[x].ch[!f] = y;
updata(y);
updata(x);
}
void splay (int x,int g) {
while(d[x].fa != g) {
int y = d[x].fa;
int z = d[y].fa;
if(z != g) {
if((d[z].ch[1] == y) == (d[y].ch[1] == x))
rotate(y);
else rotate(x);
}
rotate(x);
}
if(g == 0) root = x;
else updata(x);
}
int * src;
int buildTree(int lef,int rig) {
if(lef > rig) return 0;
int u = newNode();
int mid = (lef+rig) >> 1;
d[u].v = src[mid];
if(lef == rig){
d[u].sz = 1;
return u;
}
d[u].ch[0] = buildTree(lef,mid - 1);
d[u].ch[1] = buildTree(mid + 1,rig);
if(d[u].ch[0]) d[d[u].ch[0]].fa = u;
if(d[u].ch[1]) d[d[u].ch[1]].fa = u;
updata(u);
return u;
}
int getByRank(int rk,int u = root) {
while(u) {
pushdown(u);
if(d[d[u].ch[0]].sz >= rk)
u = d[u].ch[0];
else if(d[d[u].ch[0]].sz + 1 == rk)
return u;
else rk -= d[d[u].ch[0]].sz + 1,u = d[u].ch[1];
}
return u;
}
int jump(int u,int rk) {
splay(u,0);
if(d[u].ch[1] == 0) return 0;
return getByRank(rk,d[u].ch[1]);
}
void reverseInterval(int lefp,int rigp) {
//printf("rev: %d %d\n",lefp,rigp);
splay(lefp,lefp);
if(d[rigp].ch[0]) d[d[rigp].ch[0]].rv ^= 1;
}
int * output;
void print(int u) {
if(!u) return ;
pushdown(u);
print(d[u].ch[0]);
*(output++) = d[u].v;
print(d[u].ch[1]);
}
void init() {
root = minimum = newNode();
d[minimum].ch[1] = maxium = newNode();
d[maxium].sz = 1;
d[minimum].sz = 2;
d[maxium].fa = minimum;
}
}
int buf[110000];
inline int getInt() {
int ret = 0;
char ch;
while((ch = getchar()) < '0' || ch > '9') ;
do {ret *= 10; ret += ch - '0';}
while((ch = getchar()) >= '0' && ch <= '9') ;
return ret;
}
int main() {
int n,m;
n = getInt(),m = getInt();
for(int i = 1; i<=n; i++)
buf[i] = i;
splay :: init();
splay :: src = buf;
splay :: d[splay :: maxium].ch[0]
= splay :: buildTree(1,n);
splay :: d[splay :: d[splay :: maxium].ch[0]].fa
= splay :: maxium;
splay :: d[splay :: maxium].sz += n;
splay :: d[splay :: minimum].sz += n;
int a,b;
for(int i = 1; i<=m; i++){
a = getInt();
b = getInt();
splay :: reverseInterval
(splay :: getByRank(a),splay :: getByRank(b + 2));
}
splay :: output = buf;
splay :: print(splay :: root);
for(int i = 1; i<=n; i++)
printf("%d ",buf[i]);
}
2.[NOI2003]文本编辑器
很久很久以前，DOS3.x的程序员们开始对EDLIN感到厌倦。于是，人们开始纷纷改用自己写的文本编辑器……
多年之后，出于偶然的机会，小明找到了当时的一个编辑软件。进行了一些简单的测试后，小明惊奇地发现：那个软件每秒能够进行上万次编辑操作（当然，你不能手工进行这样的测试）！于是，小明废寝忘食地想做一个同样的东西出来。你能帮助他吗？
为了明确任务目标，小明对“文本编辑器”做了一个抽象的定义：
文本：由0个或多个字符构成的序列。这些字符的ASCII码在闭区间[32,126]内，也就是说，这些字符均为可见字符或空格。
光标：在一段文本中用于指示位置的标记，可以位于文本的第一个字符之前，文本的最后一个字符之后或文本的某两个相邻字符之间。
文本编辑器：为一个可以对一段文本和该文本中的一个光标进行如下六条操作的程序。如果这段文本为空，我们就说这个文本编辑器是空的。
这道题充分体现了splay的灵活性
#include <cstring>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <algorithm>
const int MAXL = 1024*1024*2;
namespace splay {
using std :: pair;
const int MAXD = MAXL;
void debug(int a,int b);
struct Node {
char v;
int fa,sz,ch[2];
} d[MAXD];
int tot = 0,minimum,root;
inline int newNode() {
memset(&d[++tot],sizeof d[0]);
return tot;
}
inline void updata(int u) {
d[u].sz = d[d[u].ch[0]].sz + d[d[u].ch[1]].sz + 1;
}
inline int rotate(int x) {
int y = d[x].fa;
bool f = (d[y].ch[1] == x);
d[y].ch[f] = d[x].ch[!f];
if(d[y].ch[f])d[d[y].ch[f]].fa = y;
d[x].ch[!f] = y;
d[x].fa = d[y].fa;
d[y].fa = x;
if(d[x].fa) d[d[x].fa].ch[d[d[x].fa].ch[1] == y] = x;
updata(y);
updata(x);
//printf("rot:%d\n",x);
//getchar();
return x;
}
void splay(int x,int goal) {
while(d[x].fa != goal) {
int y = d[x].fa,z = d[y].fa;
if(z != goal) {
if((d[z].ch[0] == y) == (d[y].ch[0] == x))
rotate(y);
else rotate(x);
}
rotate(x);
}
if(goal == 0) root = x;
else updata(x);
}
int getNearby(int u,0);
if(!d[u].ch[f]) throw "getNearby";
u = d[u].ch[f];
while(d[u].ch[!f]) u = d[u].ch[!f];
return u;
}
int getByRank(int rk,int len) {
splay(u,0);
return getByRank(len+1,d[u].ch[1]);
}
void insertDir (int id,int to) {
int t = getNearby(to,true);
//puts("bef:");
//debug(root,0);
splay(t,0);
//printf("to : %d,t : %d\n",to,t);
//debug(root,0);
splay(to,t);
d[to].ch[1] = id;
d[id].fa = to;
while(to){
d[to].sz += d[id].sz;
to = d[to].fa;
}
}
char * src;
int buildTree(int lef,int rig) {
if(lef > rig) return 0;
int mid = (lef + rig) >> 1;
int r = newNode();
d[r].v = src[mid];
d[r].sz = 1;
if(lef == rig)
return r;
d[r].ch[0] = buildTree(lef,mid - 1);
d[r].ch[1] = buildTree(mid + 1,rig);
d[d[r].ch[0]].fa = r;
d[d[r].ch[1]].fa = r;
d[r].sz += d[d[r].ch[0]].sz + d[d[r].ch[1]].sz;
return r;
}
void eraseInterval(int lpos,0);
}
char * output;
void print(int u) {
if(!u) return;
print(d[u].ch[0]);
*output = d[u].v;
++ output;
print(d[u].ch[1]);
}
char * getInterval(char * ans,int lpos,lpos);
output = ans;
print(d[rpos].ch[0]);
*output = '\0';
return ans;
}
void clear() {
tot = 0;
minimum = root = newNode();
maxium = d[root].ch[1] = newNode();
d[maxium].sz = 1;
d[minimum].sz = 2;
d[maxium].fa = minimum;
}
void debug(int u,int dep = 0) {
if(!u) return;
debug(d[u].ch[0],dep + 1);
printf("[%d](%d) u:%d,sz:%d\n",dep,d[u].v,u,d[u].sz);
debug(d[u].ch[1],dep + 1);
}
}
char * readChars(char * str,int c) {
char * r = str;
while(c --){
*str = getchar();
if(*str == '\r' || *str == '\n') c ++;
else ++str;
}
return r;
}
inline int getInt() {
int ret = 0;
char ch;
while((ch = getchar()) < '0' || ch > '9') ;
do {ret *= 10; ret += ch - '0';}
while((ch = getchar()) >= '0' && ch <= '9') ;
ungetc(ch,stdin);
return ret;
}
char buf[MAXL];
int main () {
splay :: clear();
int cur = splay :: minimum;
int n;
scanf("%d",&n);
for(int i = 1; i<=n; i++) {
scanf("%s",buf);
if(buf[0] == 'I'){
int len = getInt();
splay :: src = readChars(buf,len);
splay :: insertDir(
splay :: buildTree(0,len - 1),cur);
} else if(buf[0] == 'N')
cur = splay :: getNearby(cur,true);
else if(buf[0] == 'P')
cur = splay :: getNearby(cur,false);
else if(buf[0] == 'D')
splay :: eraseInterval(cur,splay :: jump(cur,getInt()));
else if(buf[0] == 'M')
cur = splay :: getByRank(getInt() + 1);
else if(buf[0] == 'G')
printf("%s\n",splay :: getInterval(buf,cur,getInt())));
else if(buf[0] == '*') splay :: debug(splay :: root);
}
}
Treap
(身体有点不舒服。。下次在更Treap， SBT)
匿名组 这里可能用到几个不同的分组构造。通过括号内围绕的正...
选择排序：从数组的起始位置处开始，把第一个元素与数组中其...