【洛谷】P4887 【模板】莫队二次离线

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题意

给定一个长度为 \(n\) 的序列和一个常数 \(k\),每次询问一个区间 \([l,r]\) 内,有多少对 \(i,j\),满足 \(l\leq i<j \leq r\) ,且 \(a_i \oplus a_j\) 的二进制表示下恰好有 \(k\) 位为 \(1\)。

数据范围

\(1 \leq n,m \leq 10^5,0 \leq a_i <2^{14},0\leq k\leq 14\)。

思路

按照普通莫队的思路,设当前的指针为 \(L,R\),询问的区间为 \(l,r\),\(S_{x,y}\) 表示 \(1 \sim x\) 中有多少数与 \(a_y\) 配对。以 \(R\) 转移到 \(R+1\) 为例,更新的答案就为 \(S_{R,R+1}-S_{L-1,R+1}\) 。对于形如 \(S_{x,x+1}\) ,可以直接预处理(后面会提到),但是对于 \(S_{R,L-1}\) 这类问题,直接预处理的代价太大,于是就可以考虑二次离线处理。

首先考虑预处理 \(S_{x,x+1}\)。记 \(f[i]\) 表示 \(1\sim i\) 中有多少数与 \(a[i+1]\) 配对,\(w[i][x]\) 表示 \(1\sim i\) 中有多少数与 \(x\) 配对。显然,有 \(f[i]=w[i][a[i+1]]\)。

对于等式 \(a \oplus b=y\),两边同时异或 \(b\),由于 \(b \oplus b=0,a \oplus 0=a\),得到 \(a=b \oplus y\),而 \(y\) 就是所有满足二进制下有 \(k\) 位为 \(1\) 的数。由于 \(a\oplus b <2^{14}\),所以 \(y\) 一共有 \(C_{14}^{k}\) 个,也就是最多只有 \(3432\) 个。

考虑从 \(1 \sim n\) 枚举 \(a_i\),再枚举所有的 \(y\),令 \(g[i][a_i \oplus y]++\),由于 \(g[i+1][x]\) 和 \(g[i][x]\) 只存在 \(a[i+1]\) 的差别,可以直接略去第一维。此时,\(g[x]\) 就表示 \(1\sim i\) 中有多少数与 \(x\) 配对,那么就可以直接更新 \(f[i]=g[a[i+1]]\)。至此预处理完毕,时间复杂度为 \(O(C_{14}^{k}n)\)。

莫队转移时,分为四类讨论需要二次离线的询问。

\(1.\)从 \(R\) 转移到 \(r\) 。总增加的贡献为 \(\sum_{i=R}^{r-1} S_{i,i+1}-S_{L-1,i+1}\)。前面一部分直接用 \(\sum_{i=R}^{r-1} f[i]\) 转移即可。后面一部分则记录到 \(L-1\) 的询问中二次离线处理。

\(2.\)从 \(r\) 转移到 \(R\)。思路同上,但是需要注意此时是减去贡献,所以需要改变一下符号,具体实现可以看代码。

3.从 \(L\) 转移到 \(l\)。总增加的贡献为 \(\sum_{i=l}^{L-1} S_{R,i}-S_{i,i}\)。此时需要注意,尽管 \(i=i\) 的情况在题意中是不合法的,但是此时仍然需要特判 \(k=0\) 的情况,因为尽管 \(f[i]\) 中不包含异或自己的情况,但是后面会提到,在二次离线是是会把这类情况算进去的。

4.从 \(l\) 转移到 \(L\)。思路同上,也别忘了变符号。

下面讨论二次离线的写法。

对于每一个 \(i\),设前面莫队的时候需要加上一个 \(p*\sum_{j=l}^{r}S_{i,j}\) (其中 \(|p|=1\),表示整体的正负符号)。此时 \(j\) 和 \(i\) 的大小关系就是不确定的,也就是上面提到为什么要特判 \(k=0\) 的情况。此时注意到区间 \(1 \sim i\) 是固定的,那么按照预处理时的方式,在解决询问时就可以得到所有 \(S_{i,j}\) 的值(具体实现可以参考代码)。此时直接枚举 \(j\) 更新答案,根据莫队的性质,每次询问的区间 \([l,r]\) 就是在离线莫队时相邻两个询问在一个方向(左边或右边)相差的范围,总的更新次数不会超过 \(O(n\sqrt m)\)。至此就得到了一个复杂度为 \(O(C_{14}^{k}n+n\sqrt m)\) 的算法。

最后,需要注意一下,在莫队时记录的答案只是与上一个区间的差值,相当于差分数组,所以还需要做一次前缀和。同时,答案别忘了开** long long**。

code:

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<cmath>
using namespace std;
const int N=1e5+10;
#define LL long long
int g[N],f[N],len,n,m,num[N],k,tot,a[N]; LL ans[N],res[N];
struct node{int l,r,id;}q[N];
struct twice{int id,l,r,sign;};
vector<twice>range[N];
bool cmp(node x,node y)
{
	int i=x.l/len,j=y.l/len; return  i!=j?i<j: x.r<y.r;
}
int count(int x){int res=0; for(int i=0;i<14;i++) res+=(x>>i)&1;return res;}
int main()
{
	scanf("%d%d%d",&n,&m,&k);for(int i=1;i<=n;i++) scanf("%d",&a[i]);len=sqrt(n);
	for(int i=1;i<=m;i++) scanf("%d%d",&q[i].l,&q[i].r),q[i].id=i;sort(q+1,q+m+1,cmp);
	for(int i=0;i<(1<<14);i++) if(count(i)==k) num[++tot]=i;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=1;j<=tot;j++) ++g[a[i]^num[j]];
		f[i]=g[a[i+1]];
	}
	for(int i=1,L=1,R=0;i<=m;i++)
	{
		int l=q[i].l,r=q[i].r;
		if(R<r) range[L-1].push_back(twice{i,R+1,r,-1});
		while(R<r) res[i]+=f[R++];
		if(R>r) range[L-1].push_back(twice{i,r+1,R,1});
		while(R>r) res[i]-=f[--R];
		if(L<l) range[R].push_back(twice{i,L,l-1,-1});
		while(L<l) res[i]+=f[L-1]+(!k),L++;
		if(L>l) range[R].push_back(twice{i,l,L-1,1});
		while(L>l) res[i]-=f[L-2]+(!k),L--;
	}
	memset(g,0,sizeof(g));
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=1;j<=tot;j++) ++g[a[i]^num[j]];
		for(int j=0;j<range[i].size();j++)
		    for(int k=range[i][j].l;k<=range[i][j].r;k++)
		        res[range[i][j].id]+=g[a[k]]*range[i][j].sign;
	}
	for(int i=2;i<=n;i++) res[i]+=res[i-1];
	for(int i=1;i<=n;i++) ans[q[i].id]=res[i];
	for(int i=1;i<=n;i++) printf("%lld\n",ans[i]);
	return 0;
}
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