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带修改莫队

请确保您已经会普通莫队算法了。如果您还不会,请先阅读前面的 普通莫队算法

特点

普通莫队是不能带修改的。

我们可以强行让它可以修改,就像 DP 一样,可以强行加上一维 时间维, 表示这次操作的时间。

时间维表示经历的修改次数。

即把询问 \([l,r]\) 变成 \([l,r,\text{time}]\)

那么我们的坐标也可以在时间维上移动,即 \([l,r,\text{time}]\) 多了一维可以移动的方向,可以变成:

  • \([l-1,r,\text{time}]\)
  • \([l+1,r,\text{time}]\)
  • \([l,r-1,\text{time}]\)
  • \([l,r+1,\text{time}]\)
  • \([l,r,\text{time}-1]\)
  • \([l,r,\text{time}+1]\)

这样的转移也是 \(O(1)\) 的,但是我们排序又多了一个关键字,再搞搞就行了。

可以用和普通莫队类似的方法排序转移,做到 \(O(n^{5/3})\)

这一次我们排序的方式是以 \(n^{2/3}\) 为一块,分成了 \(n^{1/3}\) 块,第一关键字是左端点所在块,第二关键字是右端点所在块,第三关键字是时间。

最优块长以及时间复杂度分析

我们设序列长为 \(n\)\(m\) 个询问,\(t\) 个修改。

带修莫队排序的第二关键字是右端点所在块编号,不同于普通莫队。

想一想,如果不把右端点分块:

  • 乱序的右端点对于每个询问会移动 \(n\) 次。
  • 有序的右端点会带来乱序的时间,每次询问会移动 \(t\) 次。

无论哪一种情况,带来的时间开销都无法接受。

接下来分析时间复杂度。

设块长为 \(s\),则有 \(\dfrac{n}{s}\) 个块。对于块 \(i\) 和块 \(j\),记有 \(q_{i,j}\) 个询问的左端点位于块 \(i\),右端点位于块 \(j\)

每「组」左右端点不换块的询问 \((i,j)\),端点每次移动 \(O(s)\) 次,时间单调递增,\(O(t)\)

左右端点换块的时间忽略不计。

表示一下就是:

\[ \begin{aligned} &\sum_{i=1}^{n/s}\sum_{j=i+1}^{n/s}(q_{i,j}\cdot s+t)\\ =&ms+\left(\dfrac{n}{s}\right)^2t\\ =&ms+\dfrac{n^2t}{s^2} \end{aligned} \]

考虑求导求此式极小值。设 \(f(s)=ms+\dfrac{n^2t}{s^2}\)。那 \(f'(s)=m-\dfrac{2n^2t}{s^3}=0\)

\(s=\sqrt[3]{\dfrac{2n^2t}{m}}=\dfrac{2^{1/3}n^{2/3}t^{1/3}}{m^{1/3}}=s_0\)

也就是当块长取 \(\dfrac{n^{2/3}t^{1/3}}{m^{1/3}}\) 时有最优时间复杂度 \(O\left(n^{2/3}m^{2/3}t^{1/3}\right)\)

常说的 \(O\left(n^{5/3}\right)\) 便是把 \(n,m,t\) 当做同数量级的时间复杂度。

实际操作中还是推荐设定 \(n^{2/3}\) 为块长。

例题

例题 「国家集训队」数颜色/维护队列

题目大意:给你一个序列,M 个操作,有两种操作:

  1. 修改序列上某一位的数字
  2. 询问区间 \([l,r]\) 中数字的种类数(多个相同的数字只算一个)

我们不难发现,如果不带操作 1(修改)的话,我们就能轻松用普通莫队解决。

但是题目还带单点修改,所以用 带修改的莫队

过程

先考虑普通莫队的做法:

  • 每次扩大区间时,每加入一个数字,则统计它已经出现的次数,如果加入前这种数字出现次数为 \(0\),则说明这是一种新的数字,答案 \(+1\)。然后这种数字的出现次数 \(+1\)
  • 每次减小区间时,每删除一个数字,则统计它删除后的出现次数,如果删除后这种数字出现次数为 \(0\),则说明这种数字已经从当前的区间内删光了,也就是当前区间减少了一种颜色,答案 \(-1\)。然后这种数字的出现次数 \(-1\)

现在再来考虑修改:

  • 单点修改,把某一位的数字修改掉。假如我们是从一个经历修改次数为 \(i\) 的询问转移到一个经历修改次数为 \(j\) 的询问上,且 $i