Consultas de rango mínimo-máximo en array

Dada una array arr[0 . . . n-1] . Necesitamos encontrar eficientemente el valor mínimo y máximo desde el índice qs (inicio de consulta) hasta qe (final de consulta) donde 0 <= qs <= qe <= n-1. Nos dan varias consultas.

Ejemplos: 

Input : arr[] = {1, 8, 5, 9, 6, 14, 2, 4, 3, 7}
        queries = 5
        qs = 0 qe = 4
        qs = 3 qe = 7
        qs = 1 qe = 6
        qs = 2 qe = 5
        qs = 0 qe = 8
Output: Minimum = 1 and Maximum = 9 
        Minimum = 2 and Maximum = 14 
        Minimum = 2 and Maximum = 14 
        Minimum = 5 and Maximum = 14
        Minimum = 1 and Maximum = 14 

Solución simple: Resolvemos este problema usando el método de torneo para cada consulta. La complejidad de este enfoque será O(queries * n) .

Solución eficiente: este problema se puede resolver de manera más eficiente utilizando Segment Tree . Primero lea el enlace del árbol de segmento dado y luego comience a resolver este problema. 

C++

// C++ program to find minimum and maximum using segment tree
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
  
// Node for storing minimum and maximum value of given range
struct node
{
   int minimum;
   int maximum;
};
  
// A utility function to get the middle index from corner indexes.
int getMid(int s, int e) {  return s + (e -s)/2;  }
  
/*  A recursive function to get the minimum and maximum value in
     a given range of array indexes. The following are parameters
     for this function.
  
    st    --> Pointer to segment tree
    index --> Index of current node in the segment tree. Initially
              0 is passed as root is always at index 0
    ss & se  --> Starting and ending indexes of the segment
                  represented  by current node, i.e., st[index]
    qs & qe  --> Starting and ending indexes of query range */
struct node MaxMinUntill(struct node *st, int ss, int se, int qs,
                         int qe, int index)
{
    // If segment of this node is a part of given range, then return
    //  the minimum and maximum node of the segment
    struct node tmp,left,right;
    if (qs <= ss && qe >= se)
        return st[index];
  
    // If segment of this node is outside the given range
    if (se < qs || ss > qe)
    {
       tmp.minimum = INT_MAX;
       tmp.maximum = INT_MIN;
       return tmp;
     }
  
    // If a part of this segment overlaps with the given range
    int mid = getMid(ss, se);
    left = MaxMinUntill(st, ss, mid, qs, qe, 2*index+1);
    right = MaxMinUntill(st, mid+1, se, qs, qe, 2*index+2);
    tmp.minimum = min(left.minimum, right.minimum);
    tmp.maximum = max(left.maximum, right.maximum);
    return tmp;
}
  
// Return minimum and maximum of elements in range from index
// qs (query start) to qe (query end).  It mainly uses
// MaxMinUtill()
struct node MaxMin(struct node *st, int n, int qs, int qe)
{
    struct node tmp;
  
    // Check for erroneous input values
    if (qs < 0 || qe > n-1 || qs > qe)
    {
        printf("Invalid Input");
        tmp.minimum = INT_MIN;
        tmp.minimum = INT_MAX;
        return tmp;
    }
  
    return MaxMinUntill(st, 0, n-1, qs, qe, 0);
}
  
// A recursive function that constructs Segment Tree for array[ss..se].
// si is index of current node in segment tree st
void constructSTUtil(int arr[], int ss, int se, struct node *st,
                     int si)
{
    // If there is one element in array, store it in current node of
    // segment tree and return
    if (ss == se)
    {
        st[si].minimum = arr[ss];
        st[si].maximum = arr[ss];
        return ;
    }
  
    // If there are more than one elements, then recur for left and
    // right subtrees and store the minimum and maximum of two values
    // in this node
    int mid = getMid(ss, se);
    constructSTUtil(arr, ss, mid, st, si*2+1);
    constructSTUtil(arr, mid+1, se, st, si*2+2);
  
    st[si].minimum = min(st[si*2+1].minimum, st[si*2+2].minimum);
    st[si].maximum = max(st[si*2+1].maximum, st[si*2+2].maximum);
}
  
/* Function to construct segment tree from given array. This function
   allocates memory for segment tree and calls constructSTUtil() to
   fill the allocated memory */
struct node *constructST(int arr[], int n)
{
    // Allocate memory for segment tree
  
    // Height of segment tree
    int x = (int)(ceil(log2(n)));
  
    // Maximum size of segment tree
    int max_size = 2*(int)pow(2, x) - 1;
  
    struct node *st = new struct node[max_size];
  
    // Fill the allocated memory st
    constructSTUtil(arr, 0, n-1, st, 0);
  
    // Return the constructed segment tree
    return st;
}
  
// Driver program to test above functions
int main()
{
    int arr[] = {1, 8, 5, 9, 6, 14, 2, 4, 3, 7};
    int n = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
  
    // Build segment tree from given array
    struct node *st = constructST(arr, n);
  
    int qs = 0;  // Starting index of query range
    int qe = 8;  // Ending index of query range
    struct node result=MaxMin(st, n, qs, qe);
  
    // Print minimum and maximum value in arr[qs..qe]
    printf("Minimum = %d and Maximum = %d ",
                     result.minimum, result.maximum);
  
    return 0;
}

Producción: 

Minimum = 1 and Maximum = 14 

Complejidad de tiempo: O (consultas * inicio de sesión)

Espacio Auxiliar: O(n)

¿Podemos hacerlo mejor si no hay actualizaciones en la array?  
La solución basada en el árbol de segmentos anterior también permite que las actualizaciones de array también sucedan en el tiempo O (Log n). Suponga una situación en la que no hay actualizaciones (o la array es estática). De hecho, podemos procesar todas las consultas en tiempo O(1) con algo de preprocesamiento. Una solución simple es hacer una tabla 2D de Nodes que almacene todos los rangos mínimos y máximos. Esta solución requiere tiempo de consulta O(1), pero requiere tiempo de preprocesamiento O(n 2 ) y espacio adicional O(n 2 ), lo que puede ser un problema para n grande. Podemos resolver este problema en tiempo de consulta O(1), espacio O(n Log n) y tiempo de preprocesamiento O(n Log n) usando Sparse Table .

Tema relacionado: Árbol de segmentos

Este artículo es una contribución de Shashank Mishra . Este artículo es revisado por el equipo GeeksForGeeks. 
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Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por GeeksforGeeks-1 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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