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C++怎么实现笛卡尔树_C++RMQ问题数据结构【算法】

冰火之心

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发布时间:2026-02-25 13:17:02

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来源于php中文网

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笛卡尔树需满足堆序性(按值小根堆)和中序遍历下标严格递增(对应原数组索引),构造时维护右链并正确更新父子指针;rmq查询即求对应叶子节点的lca,常用欧拉序+st表实现;推荐用vector存储结构以提升缓存性能,并对重复值按下标打破平局。

c++怎么实现笛卡尔树_c++rmq问题数据结构【算法】

笛卡尔树的构造必须满足堆序+中序遍历还原原数组

笛卡尔树不是标准库提供的结构,得手写。核心约束就两条:按值建小根堆(或大根堆),按下标满足二叉搜索树性质——即中序遍历节点下标序列必须严格递增,且等于原数组索引顺序。build_cartesian_tree 不能只比大小,得维护「当前右链」:从右往左扫数组时,不断弹出栈顶比当前值大的节点,让最后留下的节点的右子指向当前节点,被弹出的节点依次变成当前节点的左子。这个过程保证了堆序和中序正确性。

常见错误是把比较逻辑写反:比如用 arr[i] > arr[stk.top()] 却建小根堆,结果树不满足堆性质;或者忘记更新父指针,导致指针悬空。C++里推荐用 vector<int></int>leftrightparent 数组,比指针操作更稳,也方便后续RMQ查LCA。

RMQ查询本质是找两个节点在笛卡尔树上的LCA

笛卡尔树建好后,任意区间 [l, r] 的最小值下标,就是对应叶子节点 lr 的最近公共祖先(LCA)的下标。因为树按值堆序、按下标BST,所以 LCA 的值一定 ≤ 路径上所有点,且是 [l, r] 内最小的那个。

直接倍增求LCA太重,实际常用欧拉序 + RMQ(比如ST表)预处理:先DFS记录进入/离开时间戳,得到欧拉序列和对应深度数组,再对深度数组建ST表。查 query(l, r) 时,先定位 lr 在欧拉序中首次出现的位置 pos[l]pos[r],然后在深度数组上查 min_depth(pos[l], pos[r]) 对应的节点下标即可。

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容易踩的坑:pos 数组要初始化为 -1,否则未访问节点会干扰最小值索引;ST表的 log2 预处理要用整数向下取整,别用 std::log2 浮点误差导致越界。

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构造复杂度 O(n),但内存布局影响缓存命中率

笛卡尔树理论上 O(n) 建树,但若用动态分配节点(如 new Node),指针跳转会破坏局部性,尤其在大数据量 RMQ 查询时明显变慢。实测中,用三个 vector<int></int> 分别存 leftrightvalue,比链式结构快 2–3 倍。

另一个隐蔽问题:如果原数组有重复值,小根堆定义不唯一。标准做法是当 arr[i] == arr[j] 时,按下标大小打破平局(比如下标小的优先做父),否则构造可能不稳定,导致同一数组多次建树得到不同结构,RMQ结果却一致——但调试时会误以为逻辑错。

建议构造函数加断言:assert(i >= 0 && i ,并在构建右链循环里检查栈空;ST表的 <code>st 二维数组第一维长度应为 euler.size(),第二维为 log2(euler.size()) + 1,少一位就会越界。

别直接拿笛卡尔树当通用平衡BST用

它只适合静态数组的 RMQ,不支持插入/删除。有人试图在树上做 split/merge 改造成可持久化结构,结果发现中序不变性一破坏,RMQ 就失效——因为 LCA 不再对应区间最值。

如果你需要动态区间最值,应该换 segment_treesparse_table(仅静态);如果只是想练手,务必先跑通一个固定数组(比如 {3,1,4,1,5})的完整流程:建树 → 输出父子关系 → 手算几个区间 min 下标 → 对照欧拉序和 ST 表查出结果是否一致。

最常被忽略的是:笛卡尔树的根不一定是全局最小值下标吗?不一定——如果最小值出现在中间,它确实是根;但如果最小值在末尾,而前面有更小的“局部最小”满足堆序约束,那它才可能是根。判断依据永远是构造过程中的栈底元素,不是 min_element 结果。

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