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CDQ分治算法详解与应用

访客 技术 2026年6月18日 1

基础概念

CDQ分治是一种解决多维偏序问题的经典算法,通过分治思想将高维问题降维处理。

BZOJ1935 园丁的烦恼

解题思路

将二维平面查询转化为四个前缀和的组合。设置时间、横坐标、纵坐标三个维度,采用时间分治、横坐标归并、纵坐标使用树状数组维护。

实现代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MAXN = 500007;
const int MAXM = 10000007;

struct Query {
    int type, x, y, coeff, index;
} items[MAXN * 5];

int n, q, total;
int result[MAXN], fenwick[MAXM];

void update(int pos, int delta) {
    while(pos < MAXM) {
        fenwick[pos] += delta;
        pos += pos & (-pos);
    }
}

int query(int pos) {
    int sum = 0;
    while(pos) {
        sum += fenwick[pos];
        pos -= pos & (-pos);
    }
    return sum;
}

bool compare(Query a, Query b) {
    return a.x == b.x ? a.y < b.y : a.x < a.x;
}

void solveCDQ(int left, int right) {
    if(left == right) return;
    int mid = (left + right) >> 1;
    solveCDQ(left, mid);
    solveCDQ(mid + 1, right);
    
    int i = left;
    for(int j = mid + 1; j <= right; ++j) {
        if(items[j].type == 2) {
            for(; i <= mid && items[i].x <= items[j].x; ++i) {
                if(items[i].type == 1) 
                    update(items[i].y, items[i].coeff);
            }
            result[items[j].index] += items[j].coeff * query(items[j].y);
        }
    }
    
    --i;
    while(i >= left) {
        if(items[i].type == 1) update(items[i].y, -1);
        --i;
    }
    
    inplace_merge(items + left, items + mid + 1, items + right + 1, compare);
}

int main() {
    scanf("%d%d", &n, &q);
    
    // 添加点
    for(int i = 1; i <= n; ++i) {
        int x, y;
        scanf("%d%d", &x, &y);
        items[++total] = {1, x + 1, y + 1, 1, 0};
    }
    
    // 处理查询
    for(int i = 1; i <= q; ++i) {
        int x1, y1, x2, y2;
        scanf("%d%d%d%d", &x1, &y1, &x2, &y2);
        x1++, y1++, x2++, y2++;
        
        items[++total] = {2, x2, y2, 1, i};
        items[++total] = {2, x1 - 1, y2, -1, i};
        items[++total] = {2, x2, y1 - 1, -1, i};
        items[++total] = {2, x1 - 1, y1 - 1, 1, i};
    }
    
    solveCDQ(1, total);
    
    for(int i = 1; i <= q; ++i) 
        printf("%d\n", result[i]);
    
    return 0;
}

BZOJ1176 Mokia

解题思路

支持动态插入点的二维查询问题。处理方法与上题类似,但需要处理动态加点操作。

实现代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MAXN = 2000007;

int width, count_ops, query_id;
int tree[MAXN], answers[MAXN];

struct Element {
    int x, y, operation, value, id;
    bool operator < (const Element& other) const {
        return x == other.x ? y < other.y : x < x;
    }
} elements[MAXN];

void modify(int pos, int delta) {
    while(pos <= width) {
        tree[pos] += delta;
        pos += pos & (-pos);
    }
}

int sum_query(int pos) {
    int res = 0;
    while(pos) {
        res += tree[pos];
        pos -= pos & (-pos);
    }
    return res;
}

void divide_conquer(int left, int right) {
    if(left == right) return;
    int mid = (left + right) >> 1;
    divide_conquer(left, mid);
    divide_conquer(mid + 1, right);
    
    int i = left;
    for(int j = mid + 1; j <= right; ++j) {
        if(elements[j].operation == 2) {
            for(; i <= mid && elements[i].x <= elements[j].x; ++i) {
                if(elements[i].operation == 1) 
                    modify(elements[i].y, elements[i].value);
            }
            answers[elements[j].id] += elements[j].value * sum_query(elements[j].y);
        }
    }
    
    --i;
    while(i >= left) {
        if(elements[i].operation == 1) 
            modify(elements[i].y, -elements[i].value);
        --i;
    }
    
    inplace_merge(elements + left, elements + mid + 1, elements + right + 1);
}

int main() {
    scanf("%*d%d", &width);
    
    int op;
    while(scanf("%d", &op) && op != 3) {
        if(op == 1) {
            int x, y, val;
            scanf("%d%d%d", &x, &y, &val);
            elements[++count_ops] = {x, y, 1, val, 0};
        } else {
            int x1, y1, x2, y2;
            scanf("%d%d%d%d", &x1, &y1, &x2, &y2);
            ++query_id;
            
            elements[++count_ops] = {x1 - 1, y1 - 1, 2, 1, query_id};
            elements[++count_ops] = {x1 - 1, y2, 2, -1, query_id};
            elements[++count_ops] = {x2, y1 - 1, 2, -1, query_id};
            elements[++count_ops] = {x2, y2, 2, 1, query_id};
        }
    }
    
    divide_conquer(1, count_ops);
    
    for(int i = 1; i <= query_id; ++i) 
        printf("%d\n", answers[i]);
    
    return 0;
}

陌上花开

解题思路

经典的三维偏序问题。在进行CDQ分治前需合并相同元素,分治第一维,归并第二维,树状数组维护第三维。

实现代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int MAXN = 200007;

struct Flower {
    int a, b, c, count, level;
} temp[MAXN], flowers[MAXN];

int n, k, total;
int bit[MAXN], rank_count[MAXN];

bool cmp_a(Flower x, Flower y) {
    return x.a != y.a ? x.a < y.a : 
           x.b != y.b ? x.b < y.b : x.c < y.c;
}

bool cmp_b(Flower x, Flower y) {
    return x.b != y.b ? x.b < y.b : x.c < y.c;
}

void add_bit(int pos, int delta) {
    while(pos <= k) {
        bit[pos] += delta;
        pos += pos & (-pos);
    }
}

int query_bit(int pos) {
    int res = 0;
    while(pos) {
        res += bit[pos];
        pos -= pos & (-pos);
    }
    return res;
}

void cdq_solve(int left, int right) {
    if(left == right) return;
    int mid = (left + right) >> 1;
    cdq_solve(left, mid);
    cdq_solve(mid + 1, right);
    
    int i = left, j = mid + 1;
    while(i <= mid && j <= right) {
        if(flowers[i].b <= flowers[j].b) {
            add_bit(flowers[i].c, flowers[i].count);
            ++i;
        } else {
            flowers[j].level += query_bit(flowers[j].c);
            ++j;
        }
    }
    
    while(j <= right) {
        flowers[j].level += query_bit(flowers[j].c);
        ++j;
    }
    
    --i;
    while(i >= left) {
        add_bit(flowers[i].c, -flowers[i].count);
        --i;
    }
    
    inplace_merge(flowers + left, flowers + mid + 1, flowers + right + 1, cmp_b);
}

int main() {
    scanf("%d%d", &n, &k);
    
    for(int i = 1; i <= n; ++i) {
        scanf("%d%d%d", &temp[i].a, &temp[i].b, &temp[i].c);
    }
    
    sort(temp + 1, temp + n + 1, cmp_a);
    
    flowers[++total] = temp[1];
    flowers[total].count = 1;
    flowers[total].level = 0;
    
    for(int i = 2; i <= n; ++i) {
        if(temp[i].a == flowers[total].a && 
           temp[i].b == flowers[total].b && 
           temp[i].c == flowers[total].c) {
            ++flowers[total].count;
            flowers[total].level = 0;
        } else {
            flowers[++total] = temp[i];
            flowers[total].count = 1;
            flowers[total].level = 0;
        }
    }
    
    cdq_solve(1, total);
    
    for(int i = 1; i <= total; ++i) {
        rank_count[flowers[i].count - 1 + flowers[i].level] += flowers[i].count;
    }
    
    for(int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("%d\n", rank_count[i]);
    }
    
    return 0;
}

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