神奇脑洞题解——HAOI2012高速公路（数学期望，线段树）

kuoying

2019-11-02

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实际上，拿到这道题我是懵逼的。第一感觉是线段树维护路径费用，然后就没了。

实际上，好好想一想，应该还是可以发现一些玄机的。

用线段树维护公路权值是个人都会吧，不会右转幼儿园。

但是下面期望值怎么算？

想想教练讲的，期望就是加权平均数，那么对于区间L--R的期望实际上就是

神奇脑洞题解——HAOI2012高速公路（数学期望，线段树） 这是分子

分母自然是（R-L+1)*(R-L)/2

但是好像这个鬼东西不能用正常的线段树来求啊。

那要想个办法，能不能给他拆开？

考虑一下对于区间[L,R]的期望，实际上某一段路一共被算了几次？

对于第L段路，自然是（R-L+1）次，第L+1段则是（R-L)+(R-L）//两次都是从L+1开始数到R

第L+2段路呢？（R-L-1）*3//三次都是从L+2开始数到R，那么这个时候是不是可以发现什么？

则有：

但是好像还不能用线段树啊,那就继续拆

考虑把后面的一坨式子合成一个，我们可以得到

神奇脑洞题解——HAOI2012高速公路（数学期望，线段树）

现在是不是可以发现什么了？

整个表达式可以分为三部分，有一项为1的，有一项为i的，有一项为i*i的，因为还要参与区间修改，而且L和R在一次查询中可以视为常数，那么是不是可以分别维护表达式的三部分？

假定维护sum1，sum2，sum3，sum1维护区间内所有a[i]之和，sum2维护所有a[i]*i之和，sum3维护所有a[i]*i*i之和

现在怎么进行区间修改？

众所周知，乘法满足分配律，（x+y）z=xz+yz，而且因为对于一段路，i固定，那么我们是否可以再加两个辅助量，sum4，sum5，分别作为区间内所有i的和，所有i*i的和？

正确性：假定现在为区间内所有元素+w,那么sum1=sum1+区间长度*w，sum2=sum2+sum4*w=所有的（a[i]+w）*所有的i=所有的a[i]*所有的i+w*所有的i，对于sum3同理。

那么，我们就可以愉快的维护一个含有5个元素的线段树了，最终的期望答案就是sum1*（R-L-LR+1)+sum2*（L+R）-sum3，然后除去前面算好的分母即可。

注意，此题细节问题很多，代码中的注释几乎都是调试时输出的辅助量，用来判断程序某一部分的正确性的。

补一句，这一题给出的区间是收费站，也就是端点，但是为了应用线段树，手动将左边界++即可（相当于每个区间的序号是自己右边的收费站）

代码：

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<vector>
#define int long long int
using namespace std;
struct PE
{
    int lazy,sum1,sum2,sum3,sum4,sum5,l,r;
    //sum1=∑a[i]
    //sum2=∑a[i]*i
    //sum3=∑a[i]*i*i
    //sum4=∑i;
    //sum5=∑i*i;
    //4,5用于更新2,3 
};
PE t[400001];
int a[100001];
int n,m,a1,a2,a3;
char xd;
int ls(int x)
{
    return x<<1;
}
int rs(int x)
{
    return x<<1|1;
}
void pushup(int x)
{
    t[x].sum1=t[ls(x)].sum1+t[rs(x)].sum1;
    t[x].sum2=t[ls(x)].sum2+t[rs(x)].sum2;
    t[x].sum3=t[ls(x)].sum3+t[rs(x)].sum3;
    
    t[x].l=t[ls(x)].l;
    t[x].r=t[rs(x)].r;
}
void build(int x,int l,int r)
{
    if(l==r)
    {
        t[x].sum1=a[l];
        t[x].sum2=a[l]*l;
        t[x].sum3=a[l]*l*l;
        t[x].sum4=l;
        t[x].sum5=l*l;
        t[x].lazy=0;
        t[x].l=t[x].r=l;
        return ; 
    }
    int mid=(l+r)>>1;
    build(ls(x),l,mid);
    build(rs(x),mid+1,r);
    t[x].sum4=t[ls(x)].sum4+t[rs(x)].sum4;
    t[x].sum5=t[ls(x)].sum5+t[rs(x)].sum5;
    pushup(x);
}
void pushdown(int x,int l,int r)
{
    int mid=(l+r)>>1;
    if(t[x].lazy)
    {
        t[ls(x)].lazy+=t[x].lazy;
        t[rs(x)].lazy+=t[x].lazy;
        t[ls(x)].sum1+=(mid-l+1)*t[x].lazy;
        t[rs(x)].sum1+=(r-mid)*t[x].lazy;
        t[ls(x)].sum2+=(t[ls(x)].sum4*t[x].lazy);
        t[ls(x)].sum3+=(t[ls(x)].sum5*t[x].lazy);
        t[rs(x)].sum2+=(t[rs(x)].sum4*t[x].lazy);
        t[rs(x)].sum3+=(t[rs(x)].sum5*t[x].lazy);
        t[x].lazy=0;
    }
}
void QZADD(int x,int l,int r,int nl,int nr,int w)
{
    if(nl<=l&&nr>=r)
    {
        t[x].sum1+=(r-l+1)*w;
        t[x].sum2+=(t[x].sum4*w);
        t[x].sum3+=(t[x].sum5*w);
        t[x].lazy+=w;
        return;
    }
    pushdown(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(nl<=mid)
        QZADD(ls(x),l,mid,nl,nr,w);
    if(nr>mid)
        QZADD(rs(x),mid+1,r,nl,nr,w);
    pushup(x);
}
int QZQUERY1(int x,int l,int r,int nl,int nr)
{
    int kel=0;
    if(nl<=l&&nr>=r)
    {
        return t[x].sum1;
    }
    pushdown(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(nl<=mid)
        kel+=QZQUERY1(ls(x),l,mid,nl,nr);
    if(nr>mid)
        kel+=QZQUERY1(rs(x),mid+1,r,nl,nr);
    return kel;
}
int QZQUERY2(int x,int l,int r,int nl,int nr)
{
    int kel=0;
    if(nl<=l&&nr>=r)
    {
        return t[x].sum2;
    }
    pushdown(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(nl<=mid)
        kel+=QZQUERY2(ls(x),l,mid,nl,nr);
    if(nr>mid)
        kel+=QZQUERY2(rs(x),mid+1,r,nl,nr);
    return kel;
}
int QZQUERY3(int x,int l,int r,int nl,int nr)
{
    int kel=0;
    if(nl<=l&&nr>=r)
    {
        return t[x].sum3;
    }
    pushdown(x,l,r);
    int mid=(l+r)>>1;
    if(nl<=mid)
        kel+=QZQUERY3(ls(x),l,mid,nl,nr);
    if(nr>mid)
        kel+=QZQUERY3(rs(x),mid+1,r,nl,nr);
    return kel;
}
int QUERY(int l,int r)
{
    int s=0;
    s+=QZQUERY1(1,1,n,l,r)*(r-l-r*l+1);
    //cout<<QZQUERY1(1,1,n,l,r)<<‘ ‘;
    s+=QZQUERY2(1,1,n,l,r)*(l+r);
    //cout<<QZQUERY2(1,1,n,l,r)<<‘ ‘;
    s-=QZQUERY3(1,1,n,l,r);
    //cout<<QZQUERY3(1,1,n,l,r)<<‘*‘<<endl;
    return s;
}
int GCD(int x,int y)
{
    return y==0?x:GCD(y,x%y);
}
int LINYIN()
{
    freopen("roadxw.in","r",stdin);
    freopen("roadxw.out","w",stdout);
    scanf("%lld%lld",&n,&m);
    build(1,1,n);
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        cin>>xd;
        if(xd==‘C‘)
        {
            scanf("%lld%lld%lld",&a1,&a2,&a3);
            QZADD(1,1,n,a1+1,a2,a3);
        }
        else
        {
            scanf("%d%d",&a1,&a2);
            int kel=QUERY(a1+1,a2);
            int s=(a2-a1+1)*(a2-a1)/2;
            int G=GCD(s,kel);
            //cout<<endl<<kel<<‘ ‘<<s<<‘ ‘<<G<<endl; 
            printf("%lld/%lld\n",kel/G,s/G);
        }
    }
    return 0;
}
int LWH=LINYIN();
signed main()
{
    ;
}

完结撒花！

线段树数学期望