poj_3468 伸展树

题目大意

    一个数列，每次操作可以是将某区间数字都加上一个相同的整数，也可以是询问一个区间中所有数字的和。（这里区间指的是数列中连续的若干个数）对每次询问给出结果。

思路

1. 伸展树的一般规律

    对于区间的查找更新操作，可以考虑使用伸展树、线段树等数据结构。这里使用伸展树来解决。 
    伸展树对数组进行维护的核心思想是，将需要维护的一组数单独提取出来，形成一棵子树（一般为整棵树的根节点的右子节点的左孩子节点 为根），然后再这个子树上进行操作。此时进行某些操作（如 ADD, SUM 等），只需要在根节点上做个标记，进行延迟处理（即在之后真正访问子节点时候才对子节点进行实际的更新操作），这样可以节省时间。 
    每次对树的节点进行修改（比如DELETE, INSERT等）之后，都要进行维护信息，此时需要Update一下，然后将该节点旋转至树根。 
     且在寻找一个区间的起始点对应在树中的节点的时候，都要将该节点所需要的所有信息带给该节点，这就要求在从根节点向下寻找该节点的时候，将路径上的所有节点（即该节点的祖先节点）上的标记都往下传，即PushDown。 
    

2. 针对本题的分析

    此题中的节点信息需要维护 data（节点的数据大小）、size（以该节点为根的子树的大小）、lazy（节点需要加的数值）、sum（以该节点为根的子树所代表的区间在此刻的区间和） 
    在每次找到一个区间，形成一棵子树，对该区间进行加一个数值D的时候，需要在该子树根节点位置的lazy加上值D而不需要下放到每个树中的子节点，同时该节点的sum值需要加上 D*节点的size。 
    在节点下放的PushDown过程中，进行如下操作：

//向下更新信息
void PushDown(int node){
    int left = gTreeNode[node].child[0];
    int right = gTreeNode[node].child[1];
    
    long long tmp_add = gTreeNode[node].lazy;
    if (tmp_add){
        gTreeNode[node].data += tmp_add;

        gTreeNode[left].lazy += tmp_add;
        gTreeNode[left].sum += (gTreeNode[left].size * tmp_add);

        gTreeNode[right].lazy += tmp_add;
        gTreeNode[right].sum += (gTreeNode[right].size * tmp_add);
        gTreeNode[node].lazy = 0;
    }
}

    在节点的Update过程中，需要进行如下操作：

//维护本节点信息
void Update(int node){    
    gTreeNode[node].sum = gTreeNode[node].data;
    gTreeNode[node].size = 1;
    int left = gTreeNode[node].child[0], right = gTreeNode[node].child[1];
    if (left){
        gTreeNode[node].size += gTreeNode[left].size;
        gTreeNode[node].sum += gTreeNode[left].sum;
    }
    if (right){
        gTreeNode[node].size += gTreeNode[right].size;
        gTreeNode[node].sum += gTreeNode[right].sum;
    }
    //注意，此时的sum值属于以该节点为根的子树，因此每次都需要从 gTreeNode[node].data 开始加起，而不应该保存原来的值。（这个好像不直观，但画图是可以证明在Splay中，这个sum值是可以保证始终为以该节点为根的子树区间和的）
}

　　以及需要注意数据的范围， data、lazy和sum均需要为 64位整数。

实现(c++)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MIN(a,b) a<b? a:b
#define MAX_NODE_NUM 100005
#define INFINITE 1 << 30

struct TreeNode{
    long long data;
    int parent;
    int child[2];
    int child_dir;

    //程序相关的信息
    long long sum;
    long long lazy;
    int size;
    //节点的索引为0，表示该节点为无效节点。若节点的parent = 0， 表示该节点为根节点，若节点的子节点为0，表示没有相应的子节点
    TreeNode(int d = INFINITE) :
        data(d), parent(0), child_dir(0), sum(0), lazy(0), size(1){
        child[0] = child[1] = 0;
    }
    void Reset(){
        parent = 0;
        child[0] = child[1] = 0;
        size = 1;
        lazy = 0;
        sum = 0;
    }
};

TreeNode gTreeNode[MAX_NODE_NUM];
int gNumber[MAX_NODE_NUM];
int gNodeCount;
int gRootIndex;

void LinkNode(int par, int ch, int dir){
    gTreeNode[par].child[dir] = ch;
    gTreeNode[ch].parent = par;
    gTreeNode[ch].child_dir = dir;
}
//维护本节点信息
void Update(int node){    
    gTreeNode[node].sum = gTreeNode[node].data;
    gTreeNode[node].size = 1;
    int left = gTreeNode[node].child[0], right = gTreeNode[node].child[1];
    if (left){
        gTreeNode[node].size += gTreeNode[left].size;
        gTreeNode[node].sum += gTreeNode[left].sum;
    }
    if (right){
        gTreeNode[node].size += gTreeNode[right].size;
        gTreeNode[node].sum += gTreeNode[right].sum;
    }
}

//向下更新信息
void PushDown(int node){
    int left = gTreeNode[node].child[0];
    int right = gTreeNode[node].child[1];
    
    long long tmp_add = gTreeNode[node].lazy;
    if (tmp_add){
        gTreeNode[node].data += tmp_add;

        gTreeNode[left].lazy += tmp_add;
        gTreeNode[left].sum += (gTreeNode[left].size * tmp_add);

        gTreeNode[right].lazy += tmp_add;
        gTreeNode[right].sum += (gTreeNode[right].size * tmp_add);
        gTreeNode[node].lazy = 0;
    }
}

int BuildTree(int beg, int end){
    if (beg > end){
        return 0;
    }
    if (beg == end){
        gTreeNode[gNodeCount].data = gTreeNode[gNodeCount].sum = gNumber[beg];
        return gNodeCount++;
    }
    int mid = (beg + end) / 2;
    int left = BuildTree(beg, mid - 1);
    int right = BuildTree(mid + 1, end);

    gTreeNode[gNodeCount].data = gTreeNode[gNodeCount].sum = gNumber[mid];
    LinkNode(gNodeCount, left, 0);
    LinkNode(gNodeCount, right, 1);
    Update(gNodeCount);
    return gNodeCount++;
}

//zig or zag旋转
void Rotate(int x){
    if (x == gRootIndex){
        return;
    }
    int y = gTreeNode[x].parent;
    PushDown(y);
    PushDown(x);
    int d = gTreeNode[x].child_dir;

    int z = gTreeNode[y].parent;
    LinkNode(z, x, gTreeNode[y].child_dir);
    LinkNode(y, gTreeNode[x].child[!d], d);
    LinkNode(x, y, !d);
    Update(y);
    if (y == gRootIndex){
        gRootIndex = x;
    }
}

//旋转操作，将node节点旋转到 f 节点下方
void Splay(int x, int f){
    if (x == f){
        return;
    }
    PushDown(x);
    int y = gTreeNode[x].parent, z = 0;
    while (y != f){
        z = gTreeNode[y].parent;
        if (z == f){
            Rotate(x);
            break;
        }
        if (gTreeNode[x].child_dir == gTreeNode[y].child_dir){ //一字型旋转
            Rotate(y);
            Rotate(x);
        }
        else{ //之字形旋转
            Rotate(x);
            Rotate(x);
        }
        y = gTreeNode[x].parent;
    }
    Update(x);
}
//获取伸展树中 第k个节点的index
int GetKthInTree(int k){
    int node = gRootIndex, left, tmp_size;
    while (node){
        PushDown(node); //注意要将与该节点有关的信息带下去
        left = gTreeNode[node].child[0];
        tmp_size = gTreeNode[left].size;
        if (!left){//left 为空节点
            if (k == 1){
                return node;
            }
            else{
                node = gTreeNode[node].child[1];
                k--;
                continue;
            }
        }
        if (tmp_size + 1 == k){
            return node;
        }
        else if (tmp_size >= k){
            node = left;
        }
        else{
            node = gTreeNode[node].child[1];
            k -= (tmp_size + 1);
        }
    }
    return -1;
}

//选择区间，返回由该区间构成的子树的节点。节点为 根节点的右子节点的左子节点
int SelectInterval(int x, int y){
    if (x <= 0 || y > gNodeCount){
        printf("fuck this splay tree!!!
");
        return -1;
    }
    if (x == 1 && y == gNodeCount - 1){
        return gRootIndex;
    }
    int node;
    if (x == 1){
        node = GetKthInTree(y + 1);
        Splay(node, 0);
        return gTreeNode[node].child[0];
    }
    if (y == gNodeCount - 1){
        node = GetKthInTree(x - 1);
        Splay(node, 0);
        return gTreeNode[node].child[1];
    }
    int node_beg = GetKthInTree(x - 1);
    Splay(node_beg, 0);
    int node_end = GetKthInTree(y + 1);
    Splay(node_end, gRootIndex);

    return gTreeNode[node_end].child[0];
}
void Add(int x, int y, int d){
    int node = SelectInterval(x, y);
    gTreeNode[node].lazy += d;
    gTreeNode[node].sum += gTreeNode[node].size * d;
    Splay(node, 0);
}


long long GetSum(int x, int y){
    int node = SelectInterval(x, y);
    //获得节点之后，一定要进行更新！！！
    PushDown(node);
    Update(node);
    return gTreeNode[node].sum;
}

void debug(int node){
    if (node){
        debug(gTreeNode[node].child[0]);

        printf("node %d, parent = %d, left = %d, right = %d, data = %d, sum = %d, lazy = %d
",
            node, gTreeNode[node].parent, gTreeNode[node].child[0], gTreeNode[node].child[1],
            gTreeNode[node].data, gTreeNode[node].sum, gTreeNode[node].lazy);

        debug(gTreeNode[node].child[1]);
    }
}
int main(){
    int node_num, query_num;
    gNodeCount = 1;
    scanf("%d%d", &node_num, &query_num);
    for (int i = 0; i < node_num; i++){
        scanf("%d", gNumber + i);
    }

    gRootIndex = BuildTree(0, node_num - 1); //递归的方式构造一棵开始就平衡的二叉树
    gTreeNode[gRootIndex].parent = 0; //根

    char op[10];
    int x, y, tmp;

    for (int i = 0; i < query_num; i++){
        //        debug(gRootIndex);

        scanf("%s", op);
        if (op[0] == 'C'){
            scanf("%d%d%d", &x, &y, &tmp);
            Add(x, y, tmp);
        }
        else if (op[0] == 'Q'){
            scanf("%d%d", &x, &y);
            printf("%lld
", GetSum(x, y));
        }
    
    }
    return 0;
}