rmq算法,有详细注释 dp1[i][j] = max ( dp1[i][j-1] , dp1[i+(1<<(j-1))][j-1] ) ;
dp2[i][j] = min ( dp2[i][j-1] , dp2[i+(1<<(j-1))][j-1] ) ;
### RMQ算法(倍增法)
#### 一、引言
RMQ问题(Range Minimum/Maximum Query,区间最小/大值查询)是计算机科学中一个非常基础且重要的问题。其核心在于快速找到数组中某个指定区间内的最大或最小值。在实际应用中,例如在图像处理、生物信息学以及数据库系统等领域都有广泛的应用。倍增法是一种解决RMQ问题的有效策略之一。
#### 二、算法原理与实现
**1. 倍增法的基本思想**
倍增法的核心思路在于预处理出一系列长度为 \(2^k\) 的区间的最大/最小值,这样对于任意一个查询区间 \([l, r]\),都可以通过将该区间分解成若干个长度为 \(2^k\) 的子区间以及可能的一个额外的“尾巴”区间来求解。具体来说:
- 对于每个位置 \(i\) 和长度 \(2^j\),我们计算出从位置 \(i\) 开始长度为 \(2^j\) 的区间的最大值和最小值。
- 查询时,我们将区间 \([l, r]\) 分解成若干个长度为 \(2^k\) 的子区间,然后取这些子区间最大值中的最大值(或最小值中的最小值)作为最终结果。
**2. 数据结构定义**
根据题目描述,数据结构如下定义:
- `dp1[i][j]` 表示从位置 \(i\) 开始长度为 \(2^j\) 的区间的最大值。
- `dp2[i][j]` 表示从位置 \(i\) 开始长度为 \(2^j\) 的区间的最小值。
其中 `dp1` 和 `dp2` 都是二维数组,第一维表示起始位置,第二维表示区间的长度(以 \(2^j\) 形式表示)。
**3. 初始化与预处理**
预处理部分主要包含两个步骤:初始化和区间最大/最小值的计算。
- **初始化**:首先需要确定一个辅助数组 `num` 来存储每个位置对应的最长 \(2^j\) 区间长度。这里的实现是通过 `init()` 函数完成的,其中 `num[i]` 记录了位置 \(i\) 能够构成的最大 \(2^j\) 区间的长度 \(j\)。
- **区间最大/最小值的计算**:这部分是通过 `rmq()` 函数完成的,其主要逻辑是按照 \(j\) 从小到大的顺序依次计算出所有长度为 \(2^j\) 的区间的最大值和最小值,并存入 `dp1` 和 `dp2` 数组中。
**4. 查询**
查询函数 `ask(x, y)` 的目的是返回区间 \([x, y]\) 内的最大值与最小值之差。这个函数利用了预处理的结果来快速响应查询请求。
#### 三、代码分析
**1. 初始化**
```c
void init() {
int j = 0;
for (int i = 1; i <= 50005; i++) {
if (i <= (1 << j))
num[i] = j;
else
num[i] = ++j;
}
return;
}
```
此函数用于初始化 `num` 数组,记录每个位置对应的最长 \(2^j\) 区间长度。
**2. 区间最大/最小值计算**
```c
void rmq(int n) {
int i, j;
for (j = 1; j <= num[n]; j++)
for (i = 1; i < n; i++) {
if (i + (1 << j) - 1 > n)
break;
dp1[i][j] = max(dp1[i][j - 1], dp1[i + (1 << (j - 1))][j - 1]);
dp2[i][j] = min(dp2[i][j - 1], dp2[i + (1 << (j - 1))][j - 1]);
}
return;
}
```
该函数用于计算所有长度为 \(2^j\) 的区间的最大值和最小值,并存入 `dp1` 和 `dp2` 数组。
**3. 查询**
```c
int ask(int x, int y) {
int i, j;
int k;
k = num[y - x + 1];
// k = bit(k);
return max(dp1[x][k - 1], dp1[y - ((1 << (k - 1)) - 1)][k - 1]) - min(dp2[x][k - 1], dp2[y - ((1 << (k - 1)) - 1)][k - 1]);
}
```
此函数根据预处理的结果,快速计算出区间 \([x, y]\) 内的最大值与最小值之差。
#### 四、总结
倍增法是一种高效的 RMQ 解决方案,它通过对区间进行预处理,大大提高了查询效率。通过本文的分析,我们可以看到倍增法的核心思想、数据结构设计以及具体的实现细节。这种算法不仅适用于解决RMQ问题,还为其他基于区间查询的问题提供了思路和方法。
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