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莫隊二次離線

例題 1

Luogu P5047 [Ynoi2019 模擬賽] Yuno loves sqrt technology II

給你一個長為 \(n\) 的序列 \(a\)\(m\) 次詢問,每次查詢一個區間的逆序對數。

數據範圍:\(1 \leq n,m \leq 10^5\)\(0 \leq a_i \leq 10^9\)

查詢區間逆序對數,在使用莫隊的同時維護一顆權值線段樹或權值樹狀數組,可以在 \(O(n \sqrt n \log n)\) 的時間複雜度內解決該問題。當然,取塊長 \(T = \sqrt {n \log n}\) 更優。

可是這樣的複雜度仍然無法達到毒瘤出題人的要求,我們需要在此算法上進一步優化。

考慮該題與其它使用莫隊的題的差異性,由於需要在維護值域的數據結構上查詢,故單次端點的移動是 \(O(\log n)\) 而非 \(O(1)\)

眾所周知,莫隊是一種離線算法,它通過將詢問離線處理的方式來優化複雜度。我們在將原問題的查詢離線的基礎上,嘗試將端點移動時在數據結構上進行的修改和查詢操作離線下來統一處理,最後用 \(O(n \sqrt n + n \log n)\) 的時間複雜度解決問題。由於前後進行了兩次離線操作,故稱為「莫隊二次離線」。

例題 2

Luogu P5501 [LnOI2019] 來者不拒,去者不追

給定一個長度為 \(n\) 的序列 \(a\)。給定 \(m\) 個詢問,每次詢問一個區間中 \([l, r]\) 中所有數的「Abbi 值」之和。

Abbi 值定義為:若 \(a_i\) 在詢問區間 \([l, r]\) 中是第 \(k\) 小,那麼它的「Abbi 值」等於 \(k \times a_i\)

數據範圍:\(1 \leq a_i \leq 100000\)\(1 \leq l \leq r \leq n\)\(1\leq n, m\leq 500000\)

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#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

typedef long long lxl;

const int maxN = 5e5;
const int maxM = 5e5;
const int maxA = 1e5;
const int sqrN = 708;
const int sqrA = 317;

int n, m;
int a[maxN + 10];
int b[maxN + 10];
int l, r;
lxl f[maxN + 10];
lxl g[maxN + 10];
lxl ans[maxM + 10];

typedef struct SegmentTree {
  struct Node {
    lxl val;
    lxl tag;
  } node[4 * maxA + 10];

  void MakeTag(int u, int l, int r, lxl val) {
    node[u].val += val * (r - l + 1);
    node[u].tag += val;
    return;
  }

  void PushDown(int u, int l, int r) {
    if (!node[u].tag) return;
    int mid = (l + r) / 2;
    MakeTag(2 * u, l, mid, node[u].tag);
    MakeTag(2 * u + 1, mid + 1, r, node[u].tag);
    node[u].tag = 0;
    return;
  }

  void PushUp(int u) {
    node[u].val = node[2 * u].val + node[2 * u + 1].val;
    return;
  }

  void Add(int u, int l, int r, int s, int t, lxl val) {
    if (s > t) return;
    if (s <= l && r <= t) {
      MakeTag(u, l, r, val);
      return;
    }
    PushDown(u, l, r);
    int mid = (l + r) / 2;
    if (s <= mid) Add(2 * u, l, mid, s, t, val);
    if (t >= mid + 1) Add(2 * u + 1, mid + 1, r, s, t, val);
    PushUp(u);
    return;
  }

  void Add(int u, int l, int r, int pos, lxl val) {
    Add(u, l, r, pos, pos, val);
    return;
  }

  lxl Ask(int u, int l, int r, int s, int t) {
    if (s > t) return 0;
    if (s <= l && r <= t) {
      return node[u].val;
    }
    PushDown(u, l, r);
    int mid = (l + r) / 2;
    if (t <= mid) return Ask(2 * u, l, mid, s, t);
    if (s >= mid + 1) return Ask(2 * u + 1, mid + 1, r, s, t);
    return Ask(2 * u, l, mid, s, t) + Ask(2 * u + 1, mid + 1, r, s, t);
  }
} sgt;

typedef struct BlockArray {
  struct Block {
    int l, r;
    lxl tag;
  } block[sqrA + 10];

  struct Array {
    int bel;
    lxl val;
  } array[maxA + 10];

  void Build() {
    for (int i = 1; i <= maxA; i++) array[i].bel = (i - 1) / sqrA + 1;
    for (int i = 1; i <= maxA; i++) block[array[i].bel].r = i;
    for (int i = maxA; i >= 1; i--) block[array[i].bel].l = i;
    return;
  }

  void Add(int pos, lxl val) {
    for (int i = array[pos].bel + 1; i <= array[maxA].bel; i++)
      block[i].tag += val;
    for (int i = pos; i <= block[array[pos].bel].r; i++) array[i].val += val;
    return;
  }

  lxl Ask(int pos) { return array[pos].val + block[array[pos].bel].tag; }

  lxl Ask(int l, int r) {
    if (l > r) return 0;
    return Ask(r) - Ask(l - 1);
  }
} dba;

namespace captainMoSecondaryOffline {
namespace offline2 {
struct Query {
  int i;
  int l, r;
  int k;
};

std::vector<Query> query[maxN + 10];

dba sum, cnt;

void solve() {
  sum.Build();
  cnt.Build();
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    sum.Add(a[i], a[i]);
    cnt.Add(a[i], 1);
    for (int j = 0; j < query[i].size(); j++) {
      for (int k = query[i][j].l; k <= query[i][j].r; k++) {
        ans[query[i][j].i] +=
            1ll * query[i][j].k *
            (sum.Ask(a[k] + 1, maxA) + cnt.Ask(1, a[k] - 1) * a[k]);
      }
    }
  }
  return;
}
}  // namespace offline2

namespace offline1 {
struct Query {
  int i;
  int l, r;

  bool operator<(const Query &other) const {
    if (b[l] != b[other.l]) return l < other.l;
    return r < other.r;
  }
};

std::vector<Query> query;

sgt sum, cnt;

void solve() {
  std::sort(query.begin(), query.end());
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    f[i] = sum.Ask(1, 1, maxA, a[i] + 1, maxA);
    g[i] = cnt.Ask(1, 1, maxA, 1, a[i] - 1);
    sum.Add(1, 1, maxA, a[i], a[i]);
    cnt.Add(1, 1, maxA, a[i], 1);
  }
  for (int i = 0, l = 1, r = 0; i < query.size(); i++) {
    if (l > query[i].l) {
      offline2::query[r].push_back(
          (offline2::Query){query[i].i, query[i].l, l - 1, 1});
      while (l > query[i].l) {
        l--;
        ans[query[i].i] -= f[l] + (g[l] - 1) * a[l];
      }
    }
    if (r < query[i].r) {
      offline2::query[l - 1].push_back(
          (offline2::Query){query[i].i, r + 1, query[i].r, -1});
      while (r < query[i].r) {
        r++;
        ans[query[i].i] += f[r] + (g[r] + 1) * a[r];
      }
    }
    if (l < query[i].l) {
      offline2::query[r].push_back(
          (offline2::Query){query[i].i, l, query[i].l - 1, -1});
      while (l < query[i].l) {
        ans[query[i].i] += f[l] + (g[l] - 1) * a[l];
        l++;
      }
    }
    if (r > query[i].r) {
      offline2::query[l - 1].push_back(
          (offline2::Query){query[i].i, query[i].r + 1, r, 1});
      while (r > query[i].r) {
        ans[query[i].i] -= f[r] + (g[r] + 1) * a[r];
        r--;
      }
    }
  }
  return;
}
}  // namespace offline1

void solve() {
  offline1::solve();
  offline2::solve();
  for (int i = 0; i < m; i++)
    ans[offline1::query[i].i] += ans[offline1::query[i - 1].i];
  return;
}
}  // namespace captainMoSecondaryOffline

int main() {
  std::cin >> n >> m;
  for (int i = 1; i <= n; i++) std::cin >> a[i];
  for (int i = 1; i <= n; i++) b[i] = (i - 1) / sqrN + 1;
  for (int i = 1; i <= m; i++)
    std::cin >> l >> r,
        captainMoSecondaryOffline::offline1::query.push_back(
            (captainMoSecondaryOffline::offline1::Query){i, l, r});
  captainMoSecondaryOffline::solve();
  for (int i = 1; i <= m; i++) std::cout << ans[i] << '\n';
  return 0;
}