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[数据结构与算法]扫描线(线段树延伸算法)| 附练习题:窗口的星星

题目链接:

【模板】扫描线 - 洛谷

窗口的星星 - 洛谷

算法解析:

扫描线是一种求矩形面积并/周长并的好方法。它模拟了这样一个过程:一条平行于x轴的直线,从下往上扫描,每遇到一个矩形的上/下边界,它的横向长度都会改变。这个过程,我们可以计算面积,周长,重合的矩形数量等信息。(图片来自@NCC79601的洛谷题解,侵删)

为了算法的效率,我们用线段树来维护横向长度的信息(也可以包括重合矩形数量)?。注意这里的线段树每个结点都对应一条横向的线段,比如上图,1号结点维护x[1]~x[4],4号结点维护x[1]~x[2]。一般地,结点[ i, j ]维护线段[ i, j+1 ]的信息。所以进行线段树操作的时候,要注意右端点位置-1。

1.【模板】扫描线 code

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define debug cout<<"!!!"<<endl;
#define int long long
const int N = 1e5+5;
struct line{
    int x,y,h,f; //左,右,高度,flag(1或-1)
    bool operator<(const line&l){return h<l.h;}
} l[N<<1]; //l数组记录line,上下各一条线,两倍大小
int n,xl,xr,yl,yr,a[N<<1]; //a数组记录横坐标,左右各一条线,两倍大小
int tag[N<<3], sum[N<<3]; //tag值和总长度,2*4=8倍大小
int ans = 0; //总面积,也就是答案

inline void push_up(int p,int l,int r){
	//维护线段树中的长度数据(如果有tag,直接就是这段,否则看儿子来更新)
    sum[p] = tag[p]?sum[p]:(l==r?0:sum[p<<1]+sum[p<<1|1]);
}
void change(int p,int l,int r,int x,int y,int f){
    if(x<=l && r<=y){ //当前区间属于要修改的区间,直接修改并push_up
        sum[p] = (tag[p]+=f) ? a[r+1]-a[l] : 0; //注意修改了定义之后,区间长度是x[r+1]-x[l]!!
        push_up(p,l,r); return;
    }
    int mid = l+r>>1;
    if(x<=mid) change(p<<1,l,mid,x,y,f);
    if(y>mid) change(p<<1|1,mid+1,r,x,y,f);
    push_up(p,l,r);
}
signed main() {
    ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0), cout.tie(0);
	cin>>n;
    for(int i=1; i<=n; i++){
        cin>>xl>>yl>>xr>>yr;
        a[2*i-1]=xl; a[2*i]=xr; //奇数左线,偶数右线
        l[2*i-1]={xl,xr,yl,1}; l[2*i]={xl,xr,yr,-1}; //奇数下线,偶数上线
    }
    sort(a+1,a+2*n+1); sort(l+1,l+2*n+1);
    int tot = unique(a+1,a+2*n+1)-a-2; //去重之后,线段数=横坐标数-1
    for(int i=1; i<=2*n; i++){ //遍历每一条line
        int xl = lower_bound(a+1,a+tot+1,l[i].x)-a;
        int xr = lower_bound(a+1,a+tot+1,l[i].y)-a-1; //注意左移一格,例如[1,4]->[1,3]
        ans += sum[1]*(l[i].h-l[i-1].h); //面积 += 宽*高(sum[1]表示横向方向总长度)
        change(1,1,tot,xl,xr,l[i].f); //修改扫描线长度(特别注意,树的范围是1~tot,不是1~n)
    }
    cout<<ans;
}

然后我们来看一下这道练习题:窗口的星星。

对于每个星星(x,y),要使得它能被框柱,窗子右上角坐标必须在范围(x,y)~(x+W,y+H)范围内,注意不包含边界。而扫描线维护线上矩形数量也是不含边界的,刚好吻合。另外要注意上下边界问题。因为不能包含边界,所以要先遍历上边,再遍历新的一条下边,否则线上矩形数量会偏大。(这里就影响到line的排序问题,h相同时,f小的是上边,排前面)

2.窗口的星星 code

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define debug cout<<"!!!"<<endl;
const int N = 1e4+5;
struct line{
    int x,y,h,f; //左,右,高度,flag
    bool operator<(const line&l){return (h==l.h)?f<l.f : h<l.h;}
	//为什么h相同时要让val降序排序?因为两个矩形A,B,假如A的上边贴着B的下边,计算是应该先A出去,再B进来,否则就答案计算多了!!!
} l[N<<2]; //l数组记录line,上下各一条线,两倍大小
int t,n,W,H,xl,xr,yl,yr,c,a[N<<1]; //a数组记录横坐标,左右各一条线,两倍大小
int tag[N<<3], add[N<<3]; //线段上最大tag值,懒标,2*4=8倍大小
int ans = 0; //最大tag值


inline void push_down(int p,int l,int r){
	if(add[p]==0) return;
	tag[p<<1] += add[p];
	tag[p<<1|1] += add[p];
	add[p<<1] += add[p];
	add[p<<1|1] += add[p];
	add[p] = 0;
}
void change(int p,int l,int r,int x,int y,int f){
	if(x<=l && r<=y) {tag[p]+=f; add[p]+=f; return;}
	int mid = l+r>>1;
	push_down(p,l,r);
	if(x<=mid) change(p<<1,l,mid,x,y,f);
	if(y>mid) change(p<<1|1,mid+1,r,x,y,f);
	tag[p] = max(tag[p<<1],tag[p<<1|1]);
}
signed main() {
    ios::sync_with_stdio(false), cin.tie(0), cout.tie(0);
	cin>>t; while(t--){
		ans = 0; //清0
		memset(tag,0,sizeof(tag));
        memset(add,0,sizeof(add));

		cin>>n>>W>>H;
		for(int i=1; i<=n; i++){
			cin>>xl>>yl>>c; xr=xl+W; yr=yl+H; //星星覆盖范围
			a[2*i-1]=xl; a[2*i]=xr;
			l[2*i-1]={xl,xr,yl,c}; l[2*i]={xl,xr,yr,-c};
		}
		sort(a+1,a+2*n+1); sort(l+1,l+2*n+1);
		int tot = unique(a+1,a+2*n+1)-a-1;
		for(int i=1; i<=2*n; i++){
			int xl = lower_bound(a+1,a+tot+1,l[i].x)-a;
			int xr = lower_bound(a+1,a+tot+1,l[i].y)-a-1; 
			ans = max(ans,tag[1]);
			change(1,1,tot,xl,xr,l[i].f);
		}
		cout<<ans<<'\n';
	}
}

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加:2022-03-03 16:39:43  更:2022-03-03 16:43:27 
 
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