Простой метод rmq O(n)/O(1) и его улучшенная версия, поддерживающая изменения(с другой асимптотикой)
Difference between ru9 and ru10, changed 23 character(s)
**RMQ $O(n)/O(1)$**↵

<spoiler summary="Задача">↵
Дан массив $a$ из $n$ чисел от $1$ до $10^9$.↵
Нужно уметь отвечать на запрос минимум на отрезке с $l$ по $r$ за $O(1)$ в онлайне и $O(n)$ предподсчета.↵
</spoiler>↵

Для удобства будем считать, что нумерация массива с нуля.↵

Разобьем наш массив на блоки по $\lceil\log_{2}(n)\rceil$ чисел. Для удобства обозначим $bl = \lceil\log_{2}(n)\rceil$. В первом блоке числа с $a_{0}$ до $a_{bl - 1}$, во втором с $a_{bl}$ до $a_{2 * bl - 1}$ и так далее, в последнем блоке может быть меньше $bl$ чисел.↵

Таким образом, мы получили $\lceil\frac{n}{bl}\rceil$ блоков. Научимся находить минимум для отрезка, находящегося целиком внутри блока.↵

Будем рассматривать блоки независимо, в каждом блоке пойдем слева направо и будем поддерживать стек минимумов. Для каждой граинцы $r$ запомним стек минимумов с начала блока, в котором находится $r$, заканчивая $r$. Будем запоминать стек минимумов, как маску нулей и единиц, в $iм$ бите будет стоять $1$, если $iе$ число в блоке сейчас в стеке минимумов. ↵

Пусть мы теперь хотим найти минимум на отрезке с $l$ до $r$, и $l$ в одном блоке с $r$. Заметим, что минимум стоит на позиции самого левого единичного бита позже $lго$(или $lй$) из стека минимума, который мы запомнили в $r$.↵
Пусть в $r$ маска стека минимумов &mdash; $mask$. Тогда нужный нам единичный бит &mdash; первый бит в $mask >> (l - start_{l})$, где↵
$start_{l}$ &mdash; начало блока. $start_{l} = \lfloor\frac{l}{bl}\rfloor * bl$. Всего различных масок $2^{bl}$ < $2 * n$, так что с помощью динамического программирования мы можем для каждой маски предподсчитать индекс ее самого левого единичного бита. ↵

Таким образом, мы сделали предподсчет $O(n)$ и умеем находить минимум на отрезке внутри блока. Теперь надо научиться искать минимум, если $l$ и $r$ в разных блоках. Тогда нужный нам минимум &mdash; это $min(getmin(l, end_{l}), getmin(start_{r}, r), getmin(end_{l} + 1, start_{r} - 1))$. Первые 2 величины мы умеем искать, так как границы в одном блоке, а третья величина &mdash; минимум на подотрезке блоков. Тогда, найдем минимум в каждого блоке и построим sparse table на массиве из этих минимумов. Предподсчет sparse table $O(\lceil\frac{n}{bl}\rceil * log_{2}(\lceil\frac{n}{bl}\rceil))$, то есть $O(n)$. ↵

Мы научились за $O(n)$ предподсчета искать минимум на отрезке за $O(1)$.↵

При $n = 10^6$ моя реализация этого алгоритма работает столько же, сколько дерево отрезков снизу, но, скорее всего, можно реализовать лучше.↵

<spoiler summary="Код">↵
```↵
#include <bits/stdc++.h>↵

using namespace std;↵
const int INF = 1e9;↵

inline int get_min_sparse_table(int l, int r, vector <vector <int>>& st, vector <int>& max_st2) {↵
    if (l > r) return INF;↵
    int len = r - l + 1;↵
    return min(st[max_st2[len]][l], st[max_st2[len]][r - (1 << max_st2[len]) + 1]);↵
}↵

inline int get_min_in_block(vector <int>& a, int l, int r, vector <int>& first_bit, vector <int>& stack_min_mask, int left_block) {↵
    return a[first_bit[(stack_min_mask[r] >> (l - left_block))] + l];↵
}↵

int main() {↵
    ios_base::sync_with_stdio(false);↵
    cin.tie(nullptr);↵
    cout.tie(nullptr);↵
    int n, m;↵
    cin >> n >> m;↵
    vector <int> a(n);↵
    for (int i = 0; i < n; ++i) cin >> a[i];↵
    int lg = (int)ceil(log2(n));↵
    vector <int> first_bit(1 << lg);↵
    for (int i = 0; i < lg; ++i) {↵
        for (int mask = 1; mask < (1 << i); ++mask) {↵
            first_bit[mask + (1 << i)] = first_bit[mask];↵
        }↵
        first_bit[(1 << i)] = i;↵
    }↵
    vector <int> all_blocks_min;↵
    vector <int> stack_min_mask(n);↵
    vector <int> stack_min;↵
    for (int i = 0; i < n; i += lg) {↵
        stack_min.clear();↵
        int cur_min = a[i];↵
        for (int j = i; j < min(i + lg, n); ++j) {↵
            cur_min = min(cur_min, a[j]);↵
        }↵
        all_blocks_min.push_back(cur_min);↵
        int cur_mask = 0;↵
        for (int j = i; j < min(i + lg, n); ++j) {↵
            while (!stack_min.empty() && a[stack_min.back()] >= a[j]) {↵
                cur_mask -= (1 << (stack_min.back() - i));↵
                stack_min.pop_back();↵
            }↵
            cur_mask += (1 << (j - i));↵
            stack_min_mask[j] = cur_mask;↵
            stack_min.push_back(j);↵
        }↵
    }↵
    int new_len = (int)all_blocks_min.size();↵
    int new_lg = (int)ceil(log2(new_len));↵
    vector <vector <int>> st(new_lg, vector <int> (new_len));↵
    for (int len = 0; len < new_lg; ++len) {↵
        for (int start = 0; start + (1 << len) - 1 < new_len; ++start) {↵
            if (len == 0) st[len][start] = all_blocks_min[start];↵
            else st[len][start] = min(st[len - 1][start], st[len - 1][start + (1 << (len - 1))]);↵
        }↵
    }↵
    vector <int> max_st2(new_len + 1);↵
    for (int i = 2; i <= new_len; ++i) {↵
        max_st2[i] = max_st2[i / 2] + 1;↵
    }↵
    while (m--) {↵
        int l, r;↵
        cin >> l >> r; --l; --r;↵
        int block_l = l / lg, block_r = r / lg;↵
        if (block_l == block_r) cout << get_min_in_block(a, l, r, first_bit, stack_min_mask, block_l * lg) << "\n";↵
        else {↵
            cout << min(min(get_min_in_block(a, l, lg * (block_l + 1) - 1, first_bit, stack_min_mask, block_l * lg),↵
                            get_min_in_block(a, block_r * lg, r, first_bit, stack_min_mask, block_r * lg)),↵
                        get_min_sparse_table(block_l + 1, block_r - 1, st, max_st2)) << "\n";↵
        }↵
    }↵
}↵
```↵
</spoiler>↵

**Улучшенная версия этого алгоритма, поддерживающая изменения**↵

<spoiler summary="Задача">↵
Дан массив $a$ из $n$ чисел от $1$ до $10^9$.↵
Нужно уметь отвечать на запрос минимум на отрезке с $l$ по $r$ и уметь делать $a_{i} = x$.↵
</spoiler>↵

Недавно я задумался, как можно изменять эту структуру и придумал, что вместо sparse table на минимумах в блоках, можно еще раз разбить на блоки по $log_{2}(n)$, посчитать стеки минимумов и снова сделать ту же структру. Фактически, будем несколько уровней структуры, на каждом надо поддерживать нужные маски и размеры блоков. Будем сокращать длину следующего уровня до тех пор, пока количество чисел на уровне больше $2$.↵
На каждом уровне количество чисел сокращается в $log_{2}(len)$, где $len$ &mdash; длина массива на последнем уровне. На каждом уровне предподсчет линеен.↵

Таким образом, пусть $f(n) = f(\lceil\frac{n}{\lceil\log_{2}(n)\rceil}\rceil) + n$, тогда на предподсчет нужно $O(f(n))$.↵

Рассмотрим запрос обновления:↵
У нас изменится стек минимумов в одном блоке на самом длиннов уровне, так что пересчитаем его в тупую, затем может измениться минимум в блоке, так что надо пересчитать стек минимумов в одном блоке на уровне выше и так далее.↵
Таким образом, пусть $g(n) = g(\lceil\frac{n}{\lceil\log_{2}(n)\rceil}\rceil) + \log_{2}(n)$, тогда на запрос обновления $O(g(n))$.↵

Рассмотрим запрос минимума на отрезке:↵
Если границы в одном блоке на самом длинном уровне, то просто найдем ответ. Иначе, нам надо найти минимум в маленьком подотрезке слева(за $O(1)$, в маленьком подтрезке справа(за $O(1)$) и на подотрезке из блоков. ↵
Таким образом, пусть $t(n) = t(\lceil\frac{n}{\lceil\log_{2}(n)\rceil}\rceil) + 1$, тогда на запрос минимума на отрезке $O(t(n))$.↵

Получается, операция update дольше $O(log_{2}(n))$, но быстрее $O(log_{2}(n)^2)$(так как уровней не больше $log_{2}(n)$ и на каждом длина блока не больше $log_{2}(n)$. Более точную оценку я дать не могу.↵

Операция get быстрее $O(log_{2}(n))$, так как каждый раз длина уровня сокращается не меньше, чем в $2$ раза. Опять же, я не знаю как это оценить точнее, но я провел тесты.↵

При $n = 10^6$, эта структра работает в среднем $1250мс$, рекурсивное дерево отрезков $850мс$, дерево отрезков снизу↵
$680мс$. ↵

Когда запросов get в $100$ раз больше, чем запросов update, эта структра работает в среднем $1170мс$, рекурсивное дерево отрезков $1600мс$, дерево отрезков снизу $1200мс$. Не знаю, почему время работы моей структуры не сильно изменилось, скорее всего из-за константы, но по идее должно работать сильно быстрее, так как при $n = 10^6$, ↵
$t(n) = 6$, $g(n) = 65$. $f(n) = 1053421$, что почти $10^6$.↵
Тесты, которые я делал рандомные.↵

<spoiler summary="Код">↵
```↵
#include <bits/stdc++.h>↵

using namespace std;↵
int INF = 1e9;↵

signed main() {↵
    if (1) {↵
        ios_base::sync_with_stdio(false);↵
        cin.tie(nullptr);↵
        cout.tie(nullptr);↵
    }↵
    int n, m;↵
    cin >> n >> m;↵
    vector <int> a(n);↵
    for (int i = 0; i < n; ++i) cin >> a[i];↵
    vector <int> block_sizes;↵
    vector <vector <int>> all_levels_values;↵
    vector <vector <int>> all_stack_min_masks;↵
    int max_lg = (int)ceil(log2(n));↵
    vector <int> pre_calc((1 << max_lg));↵
    for (int i = 0; i < max_lg; ++i) {↵
        for (int mask = 1; mask < (1 << i); ++mask) {↵
            pre_calc[mask + (1 << i)] = pre_calc[mask];↵
        }↵
        pre_calc[1 << i] = i;↵
    }↵
    all_levels_values.push_back(a);↵
    block_sizes.push_back(max_lg);↵
    while (true) {↵
        all_stack_min_masks.push_back({});↵
        for (int i = 0; i < all_levels_values.back().size(); i += block_sizes.back()) {↵
            int cur_mask = 0;↵
            vector <int> stack_min;↵
            for (int j = i; j < min((int)all_levels_values.back().size(), i + block_sizes.back()); ++j) {↵
                while (!stack_min.empty() && all_levels_values.back()[stack_min.back()] >= all_levels_values.back()[j]) {↵
                    cur_mask -= (1 << (stack_min.back() - i));↵
                    stack_min.pop_back();↵
                }↵
                stack_min.push_back(j);↵
                cur_mask += (1 << (j - i));↵
                all_stack_min_masks.back().push_back(cur_mask);↵
            }↵
        }↵
        if (all_levels_values.back().size() > 1) {↵
            vector <int> now = all_levels_values.back();↵
            all_levels_values.push_back({});↵
            for (int i = 0; i < now.size(); i += block_sizes.back()) {↵
                int minn = now[i];↵
                for (int j = i; j < min((int)now.size(), i + block_sizes.back()); ++j) minn = min(minn, now[j]);↵
                all_levels_values.back().push_back(minn);↵
            }↵
            block_sizes.push_back(max((int)ceil(log2((int)all_levels_values.back().size())), 2));↵
        } else break;↵
    }↵
    while (m--) {↵
        int type;↵
        cin >> type;↵
        if (type == 1) {↵
            int i, x;↵
            cin >> i >> x; --i;↵
            for (int lvl = 0; lvl < (int)all_levels_values.size(); ++lvl) {↵
                all_levels_values[lvl][i] = x;↵
                int start = i / block_sizes[lvl] * block_sizes[lvl];↵
                vector <int> stack_min;↵
                int cur_mask = 0, minn = INF;↵
                for (int j = start; j < min((int)all_levels_values[lvl].size(), start + block_sizes[lvl]); ++j) {↵
                    while (!stack_min.empty() && all_levels_values[lvl][stack_min.back()] >= all_levels_values[lvl][j]) {↵
                        cur_mask -= (1 << (stack_min.back() - start));↵
                        stack_min.pop_back();↵
                    }↵
                    minn = min(minn, all_levels_values[lvl][j]);↵
                    stack_min.push_back(j);↵
                    cur_mask += (1 << (j - start));↵
                    all_stack_min_masks[lvl][j] = cur_mask;↵
                }↵
                x = minn;↵
                i /= block_sizes[lvl];↵
            }↵
        } else {↵
            int l, r;↵
            cin >> l >> r; --l; --r;↵
            if (l == 0 && r == n - 1) {↵
                cout << all_levels_values.back().back() << "\n";↵
                continue;↵
            }↵
            int minn = INF;↵
            for (int lvl = 0; lvl < (int)all_levels_values.size(); ++lvl) {↵
                if (l > r) break;↵
                int start_l = l / block_sizes[lvl] * block_sizes[lvl];↵
                int start_r = r / block_sizes[lvl] * block_sizes[lvl];↵
                if (start_l == start_r) {↵
                    int new_mask = (all_stack_min_masks[lvl][r] >> (l - start_l));↵
                    int ans = all_levels_values[lvl][start_l + pre_calc[new_mask] + l - start_l];↵
                    minn = min(minn, ans);↵
                    break;↵
                }↵
                int new_mask = (all_stack_min_masks[lvl][start_l + block_sizes[lvl] - 1] >> (l - start_l));↵
                minn = min(minn, all_levels_values[lvl][start_l + pre_calc[new_mask] + l - start_l]);↵
                new_mask = all_stack_min_masks[lvl][r];↵
                minn = min(minn, all_levels_values[lvl][start_r + pre_calc[new_mask]]);↵
                l /= block_sizes[lvl];↵
                r /= block_sizes[lvl];↵
                ++l;↵
                --r;↵
            }↵
            cout << minn << "\n";↵
        }↵
    }↵
}↵
```↵
</spoiler>↵

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
ru10 Russian daubi 2021-06-28 23:55:24 23
en4 English daubi 2021-06-28 23:54:56 23
en3 English daubi 2021-06-28 23:33:05 40
en2 English daubi 2021-06-28 23:05:49 0 (published)
en1 English daubi 2021-06-28 23:05:08 13430 Initial revision for English translation (saved to drafts)
ru9 Russian daubi 2021-06-28 18:23:24 0 (опубликовано)
ru8 Russian daubi 2021-06-28 18:17:25 2 Мелкая правка: 'для отрезки, находяще' -> 'для отрезка, находяще'
ru7 Russian daubi 2021-06-28 17:50:34 2 Мелкая правка: 'л тесты.\nПри $n =' -> 'л тесты.\n\nПри $n ='
ru6 Russian daubi 2021-06-28 17:49:09 0 Мелкая правка: '$. Не знаю, почему вр' -> '$. Не знаю? почему вр'
ru5 Russian daubi 2021-06-28 17:48:17 1 Мелкая правка: 'чти $10^6$\nТесты, к' -> 'чти $10^6$.\nТесты, к'
ru4 Russian daubi 2021-06-28 17:47:31 639
ru3 Russian daubi 2021-06-28 17:36:12 6911 Мелкая правка: 'rceil) + n\n' -> 'rceil) + n$\n'
ru2 Russian daubi 2021-06-28 17:01:36 8
ru1 Russian daubi 2021-06-28 16:57:41 5565 Первая редакция (сохранено в черновиках)