Перейти до основного вмісту

Видалення зі структури даних за O(T(n)log⁡n)O(T(n)\log n)

Припустимо, у нас є структура даних, яка дозволяє додавати елементи за справжній O(T(n))O(T(n)). У цій статті ми опишемо прийом, який дозволяє виконувати видалення за O(T(n)log⁡n)O(T(n)\log n) в офлайн-режимі.

Коли підходить цей алгоритм?
  • Чи відомі всі запити заздалегідь, тобто задачу можна розв'язувати в офлайн-режимі? (якщо ні → потрібна онлайн-структура, наприклад система неперетинних множин)
  • Чи вміє ваша структура лише додавати елементи (за справжній, не амортизований O(T(n))O(T(n))), але не вміє видаляти безпосередньо?
  • Чи можна відкочувати зроблені зміни, зберігаючи їх у стеку (тобто структура не покладається на амортизацію)?

Алгоритм​

Кожен елемент існує у структурі даних протягом певних відрізків часу між додаваннями та видаленнями. Побудуймо дерево відрізків над запитами. Кожен відрізок, упродовж якого якийсь елемент «живий», розбивається на O(log⁡n)O(\log n) вузлів дерева. Помістімо кожен запит, у якому ми хочемо щось дізнатися про структуру, у відповідний листок. Тепер, щоб обробити всі запити, ми запустимо DFS по дереву відрізків. Заходячи у вузол, ми додаватимемо всі елементи, що містяться в цьому вузлі. Потім ми йтимемо далі до дітей цього вузла або відповідатимемо на запити (якщо вузол є листком). Виходячи з вузла, ми маємо скасувати додавання. Зауважимо, що якщо ми змінюємо структуру за O(T(n))O(T(n)), то можемо відкотити зміни за O(T(n))O(T(n)), зберігаючи стек змін. Зауважимо, що відкати ламають амортизовану складність.

Зауваження​

Ідея побудови дерева відрізків над відрізками, упродовж яких щось є «живим», може використовуватися не лише в задачах на структури даних. Див. деякі задачі нижче.

Реалізація​

Ця реалізація стосується задачі про динамічну зв'язність. Вона вміє додавати ребра, видаляти ребра та підраховувати кількість компонент зв'язності.

struct dsu_save {
int v, rnkv, u, rnku;

dsu_save() {}

dsu_save(int _v, int _rnkv, int _u, int _rnku)
: v(_v), rnkv(_rnkv), u(_u), rnku(_rnku) {}
};

struct dsu_with_rollbacks {
vector<int> p, rnk;
int comps;
stack<dsu_save> op;

dsu_with_rollbacks() {}

dsu_with_rollbacks(int n) {
p.resize(n);
rnk.resize(n);
for (int i = 0; i < n; i++) {
p[i] = i;
rnk[i] = 0;
}
comps = n;
}

int find_set(int v) {
return (v == p[v]) ? v : find_set(p[v]);
}

bool unite(int v, int u) {
v = find_set(v);
u = find_set(u);
if (v == u)
return false;
comps--;
if (rnk[v] > rnk[u])
swap(v, u);
op.push(dsu_save(v, rnk[v], u, rnk[u]));
p[v] = u;
if (rnk[u] == rnk[v])
rnk[u]++;
return true;
}

void rollback() {
if (op.empty())
return;
dsu_save x = op.top();
op.pop();
comps++;
p[x.v] = x.v;
rnk[x.v] = x.rnkv;
p[x.u] = x.u;
rnk[x.u] = x.rnku;
}
};

struct query {
int v, u;
bool united;
query(int _v, int _u) : v(_v), u(_u) {
}
};

struct QueryTree {
vector<vector<query>> t;
dsu_with_rollbacks dsu;
int T;

QueryTree() {}

QueryTree(int _T, int n) : T(_T) {
dsu = dsu_with_rollbacks(n);
t.resize(4 * T + 4);
}

void add_to_tree(int v, int l, int r, int ul, int ur, query& q) {
if (ul > ur)
return;
if (l == ul && r == ur) {
t[v].push_back(q);
return;
}
int mid = (l + r) / 2;
add_to_tree(2 * v, l, mid, ul, min(ur, mid), q);
add_to_tree(2 * v + 1, mid + 1, r, max(ul, mid + 1), ur, q);
}

void add_query(query q, int l, int r) {
add_to_tree(1, 0, T - 1, l, r, q);
}

void dfs(int v, int l, int r, vector<int>& ans) {
for (query& q : t[v]) {
q.united = dsu.unite(q.v, q.u);
}
if (l == r)
ans[l] = dsu.comps;
else {
int mid = (l + r) / 2;
dfs(2 * v, l, mid, ans);
dfs(2 * v + 1, mid + 1, r, ans);
}
for (query q : t[v]) {
if (q.united)
dsu.rollback();
}
}

vector<int> solve() {
vector<int> ans(T);
dfs(1, 0, T - 1, ans);
return ans;
}
};

Задачі​