线段树 扫描线

例题HDU-1542-Atlantis

扫描线的题就是求在一个二维平面上,多个矩形的覆盖面积,那么这个面积如何用线段树来维护呢?

下面解析请配合代码食用。

我们可以知道,线段树对于区间修改,求和上时间复杂度很低,因此,我们就用线段树来维护,x轴上我们需要的区间长度。

如图我们想要求的三个矩形的坐标

我们将它们画出来是这样的:

那么我们线段树维护的就是1-2,2-3,3-4,4-5,5-6这些区间的长度,那么长度是小数可以吗?

因为,我们在线段树中放的是区间的标记比如1-2这个区间我们在线段树中就叫它1号,那么这个一号的长度就算是小数也没有问题。

那么我们来看如何处理这些区间长度:

我们把得到的所有的x坐标的值按照升序排列在数组X中,我们想要i-j这一段,那么我们就用X[j+1]-X[i]来表示我们这段区间的长度。就得到的我们想要的值,在这里有一点需要强调一下:

我们得到的X值必然有重复,所以我们需要去重。

我们最终得到的区间如图,并将它们分别命名为1,2,3,4,5这也是在线段树中它们的名字。

我们需要求矩形的面积,那么,对于这段区间是去掉还是加上,是我们必须考虑的,那么我们从y轴扫,我们就考虑,下边(+1)跟上边(-1),这就要求我们的线段树有一个值专门记录上边跟下边cnt,那么我们如何处理,cnt在区间上的更新呢?

我们可以想到,向下更新的时候,如果两个子区间下边数-上边数,不同的话我们是没办法,对他们进行统一更新的。所以,如果它们下边数-上边数,不同我们就给cnt赋值为-1,那么如果碰上cnt为-1的情况,我们就继续向下搜索,直接更新它的两个儿子节点。

如果相同,那么我们就对它们向下更新统一更新。

其次,既然cnt中不只是要放下边数-上边数,那么我们向上更新时,就要判断,如果两儿子节点下边数-上边数不同那么直接赋值-1即可。

我们看一下更新过程:

最初为:

 第一次更新:

 第二次更新:

第三次更新:

第四次更新:

第五次更新:

代码:

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <algorithm>
using namespace std;
const int M=2222;
double X[M];//离散化
struct node
{
    double l,r,h;//因为有小数,所以我们存边的时候要存为小数
    int d;//存上边还是下边
}nodes[M];
struct t
{
    int cnt;//线段树存下边数-上边数,如果子节点下边数-上边数不同我们直接赋值-1
    double sum;//存区间长度。
}tr[M*4];
bool cmp(node a,node b)
{
    return a.h<b.h;
}
void pushup(int i)
{
    if(tr[i*2].cnt==-1||tr[i*2+1].cnt==-1)
    {
        tr[i].cnt=-1;
    }
    else if (tr[i*2].cnt!=tr[i*2+1].cnt)
    {
        tr[i].cnt=-1;
    }
    else
        tr[i].cnt=tr[i*2].cnt;
    tr[i].sum=tr[i*2].sum+tr[i*2+1].sum;
}
void pushdown(int i,int l,int r)
{
    int mid=(r+l)/2;
    if(tr[i].cnt!=-1)
    {
        tr[i*2].cnt=tr[i*2+1].cnt=tr[i].cnt;
        if(tr[i].cnt==0)
        {
            tr[i*2].sum=tr[i*2+1].sum=0;
        }
        else
        {
            tr[i*2].sum=X[mid+1]-X[l];
            tr[i*2+1].sum=X[r+1]-X[mid+1];
        }
    }
}
void build(int i,int l,int r)
{
    if(l==r)
    {
        tr[i].sum=0;
        tr[i].cnt=0;
        return;
    }
    int mid =(r+l)/2;
    build(i*2,l,mid);
    build(i*2+1,mid+1,r);
    pushup(i);
}
void update(int i,int l,int r,int x,int y,int d)
{
    if(x<=l&&y>=r)
    {
        if(tr[i].cnt!=-1)
        {
            tr[i].cnt+=d;
            tr[i].sum=(tr[i].cnt?(X[r+1]-X[l]):0);
            return;
        }
    }
    pushdown(i,l,r);
    int mid=(r+l)/2;
    if(x<=mid)
    update(i*2,l,mid,x,y,d);
    if(y>mid)
    update(i*2+1,mid+1,r,x,y,d);
    pushup(i);
}
int bin(double k,int n,double d[])
{
    int l=1,r=n;
    while(l<=r)
    {
        int mid=(r+l)/2;
        if(d[mid]<k)
        {
            l=mid+1;
        }
        else if(d[mid]==k)
        return mid;
        else
        {
            r=mid-1;
        }
    }
    return -1;
}
int main()
{
    int q;
    int kase=0;
    while(~scanf("%d",&q)&&q)
    {
        int n=0,m=0;
        for(int i=1;i<=q;i++)
        {
            double x1,y1,x2,y2;
            scanf("%lf%lf%lf%lf",&x1,&y1,&x2,&y2);
            X[++n]=x1;
            nodes[++m].l=x1;
            nodes[m].r=x2;
            nodes[m].h=y1;
            nodes[m].d=1;
            X[++n]=x2;
            nodes[++m].l=x1;
            nodes[m].r=x2;
            nodes[m].h=y2;
            nodes[m].d=-1;
        }
        sort(X+1,X+1+n);
        sort(nodes+1,nodes+1+m,cmp);
        int k=1;
        for(int i=2;i<=n;i++)
        {
            if(X[i-1]!=X[i])
                X[++k]=X[i];
        }
        build(1,1,k-1);//在x轴上一共有k-1段
        double ret=0.0;
        for(int i=1;i<m;i++)
        {
            int x,y;
            x=bin(nodes[i].l,k,X);
            y=bin(nodes[i].r,k,X)-1;
            if(x<=y)
            update(1,1,k-1,x,y,nodes[i].d);
            ret+=tr[1].sum*(nodes[i+1].h-nodes[i].h);
        }
        printf("Test case #%d\nTotal explored area: %.2lf\n\n",++kase,ret);

    }
    return 0;
}

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