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#include "cpp/segtree-beats.hpp"
#pragma once /** * @file segtree-beats.hpp * @brief Segment Tree Beats */ #include <cassert> #include <functional> #include <limits> #include <ostream> #include <tuple> #include <vector> /** * @brief Segment Tree BeatsのCRTP基底クラス * * @tparam S 値モノイドの型 * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam ActualSegTree 派生クラス */ template <typename S, typename F, typename ActualSegTreeBeats> class SegTreeBeatsBase { S op(const S& a, const S& b) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).op(a, b); } S e() const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).e(); } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).mapping(f, x, l, r); } F composition(const F& f, const F& g) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).composition(f, g); } F id() const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).id(); } int n, sz, height; std::vector<S> data; std::vector<int> fail; std::vector<F> lazy; void update(int k) { data[k] = op(data[2 * k], data[2 * k + 1]); fail[k] = false; } void apply_node(int k, int h, const F& f) { int l = (k << h) & (sz - 1); int r = l + (1 << h); std::tie(fail[k], data[k]) = mapping(f, data[k], l, r); if(k < sz) { lazy[k] = composition(f, lazy[k]); if(fail[k]) { push(k, h); update(k); } } } void push(int k, int h) { apply_node(2 * k, h-1, lazy[k]); apply_node(2 * k + 1, h-1, lazy[k]); lazy[k] = id(); } class SegTreeBeatsReference { SegTreeBeatsBase& segtree; int k; public: SegTreeBeatsReference(SegTreeBeatsBase& segtree, int k) : segtree(segtree), k(k) {} SegTreeBeatsReference& operator=(const S& x) { segtree.set(k, x); return *this; } operator S() { return segtree.get(k); } }; protected: void construct_data() { sz = 1; height = 0; while (sz < n) { sz <<= 1; height++; } data.assign(sz * 2, e()); fail.assign(sz * 2, false); lazy.assign(sz * 2, id()); } void initialize(const std::vector<S>& v) { for (int i = 0; i < n; i++) data[sz + i] = v[i]; for (int i = sz - 1; i > 0; i--) update(i); } public: // Warning: 継承先のコンストラクタでconstruct_data()を必ず呼び出す! SegTreeBeatsBase(int n = 0) : n(n) {} /** * @brief 指定された要素の値を返す * * @param k インデックス * @return S 値 */ S get(int k) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } return data[k]; } /** * @brief 指定された要素への参照を返す * * @param k * @return SegTreeReference 要素への参照 代入されるとset()が呼ばれる */ SegTreeBeatsReference operator[] (int k) { return SegTreeBeatsReference(*this, k); } /** * @brief 内容を出力する * * @tparam CharT 出力ストリームの文字型 * @tparam Traits 出力ストリームの文字型特性 * @param os 出力ストリーム * @param rhs セグメント木 * @return std::basic_ostream<CharT, Traits>& 出力ストリーム */ template <class CharT, class Traits> friend std::basic_ostream<CharT, Traits>& operator<<(std::basic_ostream<CharT, Traits>& os, SegTreeBeatsBase& rhs) { for(int i = 0; i < rhs.n; i++) { if(i != 0) os << CharT(' '); os << rhs[i]; } return os; } /** * @brief 指定された要素の値をxに更新する * * @param k インデックス * @param x 新しい値 */ void set(int k, const S& x) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } data[k] = x; while(k >>= 1) update(k); } /** * @brief [l, r)の区間の総積を返す * * @param l 半開区間の開始 * @param r 半開区間の終端 * @return S 総積 */ S prod(int l, int r) { l += sz; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { if(((l >> h) << h) != l) push(l >> h, h); if(((r >> h) << h) != r) push(r >> h, h); } S left_prod = e(), right_prod = e(); while(l < r) { if(l & 1) left_prod = op(left_prod, data[l++]); if(r & 1) right_prod = op(data[--r], right_prod); l >>= 1; r >>= 1; } return op(left_prod, right_prod); } /** * @brief すべての要素の総積を返す * * @return S 総積 */ S all_prod() const { return data[1]; } /** * @brief 指定された要素の値にxを作用させる * * @param k インデックス * @param x 作用素 */ void apply(int k, const F& f) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } data[k] = mapping(f, data[k]); while(k >>= 1) update(k); } /** * @brief [l, r)の区間の値にxを作用させる * * @param l 半開区間の開始 * @param r 半開区間の終端 * @param f 作用素 */ void apply(int l, int r, const F& f) { if(l == r) return; l += sz; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { if(((l >> h) << h) != l) push(l >> h, h); if(((r >> h) << h) != r) push(r >> h, h); } { int l2 = l, r2 = r; int h = 0; while(l < r) { if(l & 1) apply_node(l++, h, f); if(r & 1) apply_node(--r, h, f); l >>= 1; r >>= 1; h++; } l = l2; r = r2; } for(int h = 1; h <= height; h++) { if(((l >> h) << h) != l) update(l >> h); if(((r >> h) << h) != r) update((r - 1) >> h); } } /** * @brief (r = l or g(prod([l, r))) = true) and (r = n or g(prod([l, r+1))) = false)となるrを返す * gが単調なら、g(prod([l, r))) = trueとなる最大のr * * @tparam G * @param l 半開区間の開始 * @param g 判定関数 g(e) = true * @return int */ template <typename G> int max_right(int l, G g) { assert(g(e())); if(l == n) return n; l += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(l >> h, h); } int h = 0; while(l % 2 == 0) { l >>= 1; h++; } S sum = e(); while(g(op(sum, data[l]))) { sum = op(sum, data[l]); l++; while(l % 2 == 0) { l >>= 1; h++; } if(l == 1) return n; } while(l < sz) { push(l, h); if(!g(op(sum, data[l*2]))) { l = l*2; } else { sum = op(sum, data[l*2]); l = l*2+1; } h--; } return l - sz; } /** * @brief (l = 0 or g(prod([l, r))) = true) and (l = r or g(prod([l-1, r))) = false)となるlを返す * gが単調なら、g(prod([l, r))) = trueとなる最小のl * * @tparam G * @param r 半開区間の終端 * @param g 判定関数 g(e) = true * @return int */ template <typename G> int min_left(int r, G g) { assert(g(e())); if (r == 0) return 0; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(r >> h, h); } int h = 0; while(r % 2 == 0) { r >>= 1; h++; } S sum = e(); while(g(op(data[r-1], sum))) { sum = op(data[r], sum); r--; while(r % 2 == 0) { r >>= 1; h++; } if(r == 1) return 0; } while(r < sz) { push(r - 1, h); if(!g(op(data[r*2-1], sum))) r *= 2; else { sum = op(data[r*2-1], sum); r = r*2 - 1; } h--; } return r - sz; } }; /** * @brief ファンクタが静的な場合のSegment Tree Beatsの実装 * * @tparam S 値モノイドの型 * @tparam Op 値の積のファンクタ * @tparam E 積の単位元を返すファンクタ * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam Mapping 作用素を適用するファンクタ 引数は(作用素, 値)または(作用素, 値, サイズ)(作用素, 値, 左の子, 右の子) 戻り値は(失敗したか(bool), 値)のstd::pair * @tparam Composition 作用素の積のファンクタ * @tparam ID 作用素の単位元を返すファンクタ */ template <typename S, typename Op, typename E, typename F, typename Mapping, typename Composition, typename ID> class StaticSegTreeBeats : public SegTreeBeatsBase<S, F, StaticSegTreeBeats<S, Op, E, F, Mapping, Composition, ID>> { using BaseType = SegTreeBeatsBase<S, F, StaticSegTreeBeats<S, Op, E, F, Mapping, Composition, ID>>; inline static Op operator_object; inline static E identity_object; inline static Mapping mapping_object; inline static Composition lazy_operator_object; inline static ID lazy_identity_object; public: S op(const S& a, const S& b) const { return operator_object(a, b); } S e() const { return identity_object(); } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int, int>) { return mapping_object(f, x, l, r); } else if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int>) { return mapping_object(f, x, r - l); } else { return mapping_object(f, x); } } F composition(const F& f, const F& g) const { return lazy_operator_object(f, g); } F id() const { return lazy_identity_object(); } /** * @brief デフォルトコンストラクタ * */ StaticSegTreeBeats() = default; /** * @brief コンストラクタ * * @param n 要素数 */ explicit StaticSegTreeBeats(int n) : BaseType(n) { this->construct_data(); } /** * @brief コンストラクタ * * @param v 初期の要素 */ explicit StaticSegTreeBeats(const std::vector<S>& v) : StaticSegTreeBeats(v.size()) { this->initialize(v); } }; /** * @brief コンストラクタで関数オブジェクトを与えることで積を定義するSegment Tree Beatsの実装 * テンプレート引数を省略することができ、ラムダ式が使える * * @tparam S モノイドの型 * @tparam Op 積の関数オブジェクトの型 * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam Mapping 作用素を適用する関数オブジェクトの型 * @tparam Composition 作用素の積の関数オブジェクトの型 */ template <typename S, typename Op, typename F, typename Mapping, typename Composition> class SegTreeBeats : public SegTreeBeatsBase<S, F, SegTreeBeats<S, Op, F, Mapping, Composition>> { using BaseType = SegTreeBeatsBase<S, F, SegTreeBeats<S, Op, F, Mapping, Composition>>; Op operator_object; S identity; Mapping mapping_object; Composition lazy_operator_object; F lazy_identity; public: S op(const S& a, const S& b) const { return operator_object(a, b); } S e() const { return identity; } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int, int>) { return mapping_object(f, x, l, r); } else if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int>) { return mapping_object(f, x, r - l); } else { return mapping_object(f, x); } } F composition(const F& f, const F& g) const { return lazy_operator_object(f, g); } F id() const { return lazy_identity; } /** * @brief デフォルトコンストラクタ */ SegTreeBeats() = default; /** * @brief コンストラクタ * * @param n 要素数 * @param op 積の関数オブジェクト * @param identity 単位元 * @param mapping 作用素を適用する関数オブジェクト * @param composition 作用素の積の関数オブジェクト * @param lazy_identity 作用素の単位元 */ explicit SegTreeBeats(int n, Op op, const S& identity, Mapping mapping, Composition composition, const F& lazy_identity) : BaseType(n), operator_object(std::move(op)), identity(identity), mapping_object(std::move(mapping)), lazy_operator_object(std::move(composition)), lazy_identity(lazy_identity) { this->construct_data(); } /** * @brief コンストラクタ * * @param v 初期の要素 * @param op 積の関数オブジェクト * @param identity 単位元 * @param mapping 作用素を適用する関数オブジェクト * @param composition 作用素の積の関数オブジェクト * @param lazy_identity 作用素の単位元 */ explicit SegTreeBeats(const std::vector<S>& v, Op op, const S& identity, Mapping mapping, Composition composition, const F& lazy_identity) : SegTreeBeats(v.size(), std::move(op), identity, std::move(mapping), std::move(composition), lazy_identity) { this->initialize(v); } };
#line 2 "cpp/segtree-beats.hpp" /** * @file segtree-beats.hpp * @brief Segment Tree Beats */ #include <cassert> #include <functional> #include <limits> #include <ostream> #include <tuple> #include <vector> /** * @brief Segment Tree BeatsのCRTP基底クラス * * @tparam S 値モノイドの型 * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam ActualSegTree 派生クラス */ template <typename S, typename F, typename ActualSegTreeBeats> class SegTreeBeatsBase { S op(const S& a, const S& b) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).op(a, b); } S e() const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).e(); } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).mapping(f, x, l, r); } F composition(const F& f, const F& g) const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).composition(f, g); } F id() const { return static_cast<const ActualSegTreeBeats&>(*this).id(); } int n, sz, height; std::vector<S> data; std::vector<int> fail; std::vector<F> lazy; void update(int k) { data[k] = op(data[2 * k], data[2 * k + 1]); fail[k] = false; } void apply_node(int k, int h, const F& f) { int l = (k << h) & (sz - 1); int r = l + (1 << h); std::tie(fail[k], data[k]) = mapping(f, data[k], l, r); if(k < sz) { lazy[k] = composition(f, lazy[k]); if(fail[k]) { push(k, h); update(k); } } } void push(int k, int h) { apply_node(2 * k, h-1, lazy[k]); apply_node(2 * k + 1, h-1, lazy[k]); lazy[k] = id(); } class SegTreeBeatsReference { SegTreeBeatsBase& segtree; int k; public: SegTreeBeatsReference(SegTreeBeatsBase& segtree, int k) : segtree(segtree), k(k) {} SegTreeBeatsReference& operator=(const S& x) { segtree.set(k, x); return *this; } operator S() { return segtree.get(k); } }; protected: void construct_data() { sz = 1; height = 0; while (sz < n) { sz <<= 1; height++; } data.assign(sz * 2, e()); fail.assign(sz * 2, false); lazy.assign(sz * 2, id()); } void initialize(const std::vector<S>& v) { for (int i = 0; i < n; i++) data[sz + i] = v[i]; for (int i = sz - 1; i > 0; i--) update(i); } public: // Warning: 継承先のコンストラクタでconstruct_data()を必ず呼び出す! SegTreeBeatsBase(int n = 0) : n(n) {} /** * @brief 指定された要素の値を返す * * @param k インデックス * @return S 値 */ S get(int k) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } return data[k]; } /** * @brief 指定された要素への参照を返す * * @param k * @return SegTreeReference 要素への参照 代入されるとset()が呼ばれる */ SegTreeBeatsReference operator[] (int k) { return SegTreeBeatsReference(*this, k); } /** * @brief 内容を出力する * * @tparam CharT 出力ストリームの文字型 * @tparam Traits 出力ストリームの文字型特性 * @param os 出力ストリーム * @param rhs セグメント木 * @return std::basic_ostream<CharT, Traits>& 出力ストリーム */ template <class CharT, class Traits> friend std::basic_ostream<CharT, Traits>& operator<<(std::basic_ostream<CharT, Traits>& os, SegTreeBeatsBase& rhs) { for(int i = 0; i < rhs.n; i++) { if(i != 0) os << CharT(' '); os << rhs[i]; } return os; } /** * @brief 指定された要素の値をxに更新する * * @param k インデックス * @param x 新しい値 */ void set(int k, const S& x) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } data[k] = x; while(k >>= 1) update(k); } /** * @brief [l, r)の区間の総積を返す * * @param l 半開区間の開始 * @param r 半開区間の終端 * @return S 総積 */ S prod(int l, int r) { l += sz; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { if(((l >> h) << h) != l) push(l >> h, h); if(((r >> h) << h) != r) push(r >> h, h); } S left_prod = e(), right_prod = e(); while(l < r) { if(l & 1) left_prod = op(left_prod, data[l++]); if(r & 1) right_prod = op(data[--r], right_prod); l >>= 1; r >>= 1; } return op(left_prod, right_prod); } /** * @brief すべての要素の総積を返す * * @return S 総積 */ S all_prod() const { return data[1]; } /** * @brief 指定された要素の値にxを作用させる * * @param k インデックス * @param x 作用素 */ void apply(int k, const F& f) { k += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(k >> h, h); } data[k] = mapping(f, data[k]); while(k >>= 1) update(k); } /** * @brief [l, r)の区間の値にxを作用させる * * @param l 半開区間の開始 * @param r 半開区間の終端 * @param f 作用素 */ void apply(int l, int r, const F& f) { if(l == r) return; l += sz; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { if(((l >> h) << h) != l) push(l >> h, h); if(((r >> h) << h) != r) push(r >> h, h); } { int l2 = l, r2 = r; int h = 0; while(l < r) { if(l & 1) apply_node(l++, h, f); if(r & 1) apply_node(--r, h, f); l >>= 1; r >>= 1; h++; } l = l2; r = r2; } for(int h = 1; h <= height; h++) { if(((l >> h) << h) != l) update(l >> h); if(((r >> h) << h) != r) update((r - 1) >> h); } } /** * @brief (r = l or g(prod([l, r))) = true) and (r = n or g(prod([l, r+1))) = false)となるrを返す * gが単調なら、g(prod([l, r))) = trueとなる最大のr * * @tparam G * @param l 半開区間の開始 * @param g 判定関数 g(e) = true * @return int */ template <typename G> int max_right(int l, G g) { assert(g(e())); if(l == n) return n; l += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(l >> h, h); } int h = 0; while(l % 2 == 0) { l >>= 1; h++; } S sum = e(); while(g(op(sum, data[l]))) { sum = op(sum, data[l]); l++; while(l % 2 == 0) { l >>= 1; h++; } if(l == 1) return n; } while(l < sz) { push(l, h); if(!g(op(sum, data[l*2]))) { l = l*2; } else { sum = op(sum, data[l*2]); l = l*2+1; } h--; } return l - sz; } /** * @brief (l = 0 or g(prod([l, r))) = true) and (l = r or g(prod([l-1, r))) = false)となるlを返す * gが単調なら、g(prod([l, r))) = trueとなる最小のl * * @tparam G * @param r 半開区間の終端 * @param g 判定関数 g(e) = true * @return int */ template <typename G> int min_left(int r, G g) { assert(g(e())); if (r == 0) return 0; r += sz; for(int h = height; h > 0; h--) { push(r >> h, h); } int h = 0; while(r % 2 == 0) { r >>= 1; h++; } S sum = e(); while(g(op(data[r-1], sum))) { sum = op(data[r], sum); r--; while(r % 2 == 0) { r >>= 1; h++; } if(r == 1) return 0; } while(r < sz) { push(r - 1, h); if(!g(op(data[r*2-1], sum))) r *= 2; else { sum = op(data[r*2-1], sum); r = r*2 - 1; } h--; } return r - sz; } }; /** * @brief ファンクタが静的な場合のSegment Tree Beatsの実装 * * @tparam S 値モノイドの型 * @tparam Op 値の積のファンクタ * @tparam E 積の単位元を返すファンクタ * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam Mapping 作用素を適用するファンクタ 引数は(作用素, 値)または(作用素, 値, サイズ)(作用素, 値, 左の子, 右の子) 戻り値は(失敗したか(bool), 値)のstd::pair * @tparam Composition 作用素の積のファンクタ * @tparam ID 作用素の単位元を返すファンクタ */ template <typename S, typename Op, typename E, typename F, typename Mapping, typename Composition, typename ID> class StaticSegTreeBeats : public SegTreeBeatsBase<S, F, StaticSegTreeBeats<S, Op, E, F, Mapping, Composition, ID>> { using BaseType = SegTreeBeatsBase<S, F, StaticSegTreeBeats<S, Op, E, F, Mapping, Composition, ID>>; inline static Op operator_object; inline static E identity_object; inline static Mapping mapping_object; inline static Composition lazy_operator_object; inline static ID lazy_identity_object; public: S op(const S& a, const S& b) const { return operator_object(a, b); } S e() const { return identity_object(); } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int, int>) { return mapping_object(f, x, l, r); } else if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int>) { return mapping_object(f, x, r - l); } else { return mapping_object(f, x); } } F composition(const F& f, const F& g) const { return lazy_operator_object(f, g); } F id() const { return lazy_identity_object(); } /** * @brief デフォルトコンストラクタ * */ StaticSegTreeBeats() = default; /** * @brief コンストラクタ * * @param n 要素数 */ explicit StaticSegTreeBeats(int n) : BaseType(n) { this->construct_data(); } /** * @brief コンストラクタ * * @param v 初期の要素 */ explicit StaticSegTreeBeats(const std::vector<S>& v) : StaticSegTreeBeats(v.size()) { this->initialize(v); } }; /** * @brief コンストラクタで関数オブジェクトを与えることで積を定義するSegment Tree Beatsの実装 * テンプレート引数を省略することができ、ラムダ式が使える * * @tparam S モノイドの型 * @tparam Op 積の関数オブジェクトの型 * @tparam F 作用素モノイドの型 * @tparam Mapping 作用素を適用する関数オブジェクトの型 * @tparam Composition 作用素の積の関数オブジェクトの型 */ template <typename S, typename Op, typename F, typename Mapping, typename Composition> class SegTreeBeats : public SegTreeBeatsBase<S, F, SegTreeBeats<S, Op, F, Mapping, Composition>> { using BaseType = SegTreeBeatsBase<S, F, SegTreeBeats<S, Op, F, Mapping, Composition>>; Op operator_object; S identity; Mapping mapping_object; Composition lazy_operator_object; F lazy_identity; public: S op(const S& a, const S& b) const { return operator_object(a, b); } S e() const { return identity; } std::pair<bool, S> mapping(const F& f, const S& x, int l, int r) const { if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int, int>) { return mapping_object(f, x, l, r); } else if constexpr(std::is_invocable_v<Mapping, F, S, int>) { return mapping_object(f, x, r - l); } else { return mapping_object(f, x); } } F composition(const F& f, const F& g) const { return lazy_operator_object(f, g); } F id() const { return lazy_identity; } /** * @brief デフォルトコンストラクタ */ SegTreeBeats() = default; /** * @brief コンストラクタ * * @param n 要素数 * @param op 積の関数オブジェクト * @param identity 単位元 * @param mapping 作用素を適用する関数オブジェクト * @param composition 作用素の積の関数オブジェクト * @param lazy_identity 作用素の単位元 */ explicit SegTreeBeats(int n, Op op, const S& identity, Mapping mapping, Composition composition, const F& lazy_identity) : BaseType(n), operator_object(std::move(op)), identity(identity), mapping_object(std::move(mapping)), lazy_operator_object(std::move(composition)), lazy_identity(lazy_identity) { this->construct_data(); } /** * @brief コンストラクタ * * @param v 初期の要素 * @param op 積の関数オブジェクト * @param identity 単位元 * @param mapping 作用素を適用する関数オブジェクト * @param composition 作用素の積の関数オブジェクト * @param lazy_identity 作用素の単位元 */ explicit SegTreeBeats(const std::vector<S>& v, Op op, const S& identity, Mapping mapping, Composition composition, const F& lazy_identity) : SegTreeBeats(v.size(), std::move(op), identity, std::move(mapping), std::move(composition), lazy_identity) { this->initialize(v); } };