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## 思路

记 $[l,r]$ 为答案的值域,$[L,R]$ 为答案的定义域。(也就是说求答案时仅考虑下标在区间 $[L,R]$ 内的元素
记 $[l,r]$ 为答案的值域,$[L,R]$ 为答案的定义域。(也就是说求答案时仅考虑下标在区间 $[L,R]$ 内的操作和询问,这其中询问的答案在 $[l,r]$ 内 

- 我们首先把所有操作**按顺序**存入数组中,然后开始分治。
- 在每一层分治中,利用数据结构(常见的是树状数组)统计当前查询的答案和 mid 之间的关系。
- 根据查询出来的答案和 mid 间的关系(小于等于 mid 和大于 mid)将当前处理的操作序列分为 q1 和 q2 两份,并分别递归处理。
- 我们首先把所有操作**按时间顺序**存入数组中,然后开始分治。
- 在每一层分治中,利用数据结构(常见的是树状数组)统计当前查询的答案和 $mid$ 之间的关系。
- 根据查询出来的答案和 $mid$ 间的关系(小于等于 $mid$ 和大于 $mid$)将当前处理的操作序列分为 $q1$$q2$ 两份,并分别递归处理。
- 当 $l=r$ 时,找到答案,记录答案并返回即可。

### 代码
需要注意的是,在整体二分过程中,若当前处理的值域为 $[l,r]$,则此时最终答案范围不在 $[l,r]$ 的询问会在其他时候处理。

例题:[「ZOJ2112」 Dynamic Rankings ](http://acm.zju.edu.cn/onlinejudge/showProblem.do?problemCode=2112)

??? " 例题参考代码 "

## 详解

注:
1. 为可读性,文中代码或未采用实际竞赛中的常见写法。
2. 若觉得某段代码有难以理解之处,请先参考之前题目的解释,
   因为节省篇幅解释过的内容不再赘述。

从普通二分说起:

### 查询第k小:一次二分多个询问

> **题1** 在一个数列中查询第 $k$ 小的数。

当然可以直接排序。如果用二分法呢?可以用数据结构记录每个大小范围内有多少个数,然后用二分法猜测,利用数据结构检验。

> **题2** 在一个数列中多次查询第 $k$ 小的数。

可以对于每个询问进行一次二分;但是,也可以把所有的询问放在一起二分。

先考虑二分的本质:假设要猜一个 $[l,r]$ 之间的数,猜测之后会知道是猜大了,猜小了还是刚好。当然可以从 $l$ 枚举到 $r$,但更优秀的方法是二分:猜测答案是$m = \lfloor\frac{l + r}{2}\rfloor$ ,然后去验证 $m$ 的正确性,再调整边界。这样做每次询问的复杂度为 $O(n\log_2 n)$ ,若询问次数为 $q$ ,则时间复杂度为 $O(qn\log_2 n)$ 。

回过头来,对于当前的所有询问,可以去猜测所有询问的答案都是 $mid$,然后去依次验证每个询问的答案应该是小于等于 $mid$ 的还是大于 $mid$ 的,并将询问分为两个部分(不大于/大于),对于每个部分继续二分。注意:如果一个询问的答案是大于 $mid$ 的,则在将其划至右侧前需更新它的 $k$,即,如果当前数列中小于等于 $mid$ 的数有 $t$ 个,则将询问划分后实际是在右区间询问第 $k - t$ 小数。如果一个部分的 $l = r$ 了,则结束这个部分的二分。利用线段树的相关知识,我们每次将整个答案可能在的区间 $[1,maxans]$ 划分成了若干个部分,这样的划分共进行了 $O(\log_2 maxans)$ 次,一次划分会将整个操作序列操作一次。若对整个序列进行操作,并支持对应的查询的时间复杂度为 $O(T)$ ,则整体二分的时间复杂度为 $O(T\log_2 n)$ 。

试试完成以下代码:

```cpp
	#include<iostream>
	#include<cstdio>
	#include<algorithm>
	#include<cmath>

	const int maxn = (int)(7e4+1000);
	const int inf = (int)(1e9+1000);

	struct node{
		int val,x,y,k,pos,ty;
	}q[maxn],q1[maxn],q2[maxn];
	int n,m,a[maxn],t,cnt,c[maxn],ans[maxn];
	void add(int pos,int x){
		for(;pos<=n;pos+=pos&-pos){
			c[pos]+=x;
		}
struct Query
{
	int id, k; // 这个询问的编号, 这个询问的k
};
int ans[N]; // ans[i] 表示编号为i的询问的答案
int check( int x );	// 返回原数列中小于等于x的数的个数
void solve( int l, int r, vector<Query> q )
// 请补全这个函数
{
	int m = ( l + r ) / 2;
	vector<Query> q1, q2; // 将被划到左侧的询问和右侧的询问
	if ( l == r )
	{
		// ...
		return;
	}
	int query(int pos){
		int anstot=0;
		for(;pos>=1;pos-=pos&-pos){
			anstot+=c[pos];
		}
		return anstot;
	}
	void solve(int l,int r,int L,int R){
		if(l>r||L>R)return;
		int cnt1=0,cnt2=0,mid=(l+r)>>1;
		if(l==r){
			for(int i=L;i<=R;i++){
				if(q[i].ty){ans[q[i].pos]=l;}
	// ...
	solve( l, m, q1 ), solve( m + 1, r, q2 );
	return;
}
```

参考代码如下
```cpp
void solve( int l, int r, vector<Query> q )
{
	int m = ( l + r ) / 2;
	if ( l == r )
	{
		for ( unsigned i = 0; i < q.size( ); i++ )
			ans[q[i].id] = l;
		return;
	}
		for(int i=L;i<=R;i++){ // 遍历下标在 [L, R] 区间内的所有询问
			if(q[i].ty){ // 若当前处理的操作为查询操作
				int tmp=query(q[i].y)-query(q[i].x-1); //值小于等于mid,且下标在[x,y]区间内的元素个数
				if(tmp>=q[i].k)//mid过大
					q1[++cnt1]=q[i];
	vector<int> q1, q2;
	for ( unsigned i = 0; i < q.size( ); i++ )
		if ( check( m ) <= q[i].k )
			q1.push_back( q[i] );
		else
					q[i].k-=tmp,q2[++cnt2]=q[i];
			}
			else{
				if(q[i].val<=mid){add(q[i].pos,q[i].k);q1[++cnt1]=q[i];}
				else q2[++cnt2]=q[i];
			q[i].k -= check( m ), q2.push_back( q[i] );
	solve( l, m, q1 ), solve( m + 1, r, q2 );
	return;
}
```

### 区间查询第k小:对只询问指定区间的处理

> **题3** 在一个数列中多次查询区间第 $k$ 小的数。

涉及到给定区间的查询,再按之前的方法进行二分就会导致 `check` 函数的时间复杂度爆炸。仍然考虑询问与值域中点 $m$ 的关系:若询问区间内小于等于 $m$ 的数有 $t$ 个,询问的是区间内的 $k$ 小数,则当 $k \leq t$ 时,答案应小于等于 $m$;否则,答案应大于 $m$。(注意边界问题)此处需记录一个区间小于等于指定数的数的数量,即单点加,求区间和,可用树状数组快速处理。为提高效率,只对数列中值在值域区间 $[l,r]$ 的数进行统计,即,在进一步递归之前,不仅将询问划分,将当前处理的数按值域范围划为两半。

参考代码(关键部分)
```cpp
struct Num
{
	int p, x;
}; // 位于数列中第 p 项的数的值为 x
struct Query
{
	int l, r, k, id;
}; // 一个编号为 id, 询问 [l,r] 中第 k 大数的询问
int ans[N];
void add( int p, int x ); // 树状数组, 在 p 位置加上 x
int query( int p ); // 树状数组, 求 [1,p] 的和
void clear( ); // 树状数组, 清空
void solve( int l, int r, vector<Num> a, vector<Query> q )
// a中为给定数列中值在值域区间 [l,r] 中的数
{
	int m = ( l + r ) / 2;
	if ( l == r )
	{
		for ( unsigned i = 0; i < q.size( ); i++ )
			ans[q[i].id] = l;
		return;
	}
		for(int i=1;i<=cnt1;i++){if(!q1[i].ty)add(q1[i].pos,-q1[i].k);}
		for(int i=1;i<=cnt1;i++){q[L+i-1]=q1[i];}
		for(int i=1;i<=cnt2;i++){q[L+i-1+cnt1]=q2[i];}
		solve(l,mid,L,L+cnt1-1);solve(mid+1,r,L+cnt1,R);
	}
	void solve1(){
		int cnt=0,cntans=0,pos,x;
		scanf("%d%d",&n,&m);
		for(int i=1;i<=n;i++){
			scanf("%d",&a[i]);q[++cnt]=(node){a[i],0,0,1,i,0};
		}
		for(int i=1;i<=m;i++){
			int l,r,k;char s[5];scanf("%s",s);
			if(s[0]=='Q'){
				scanf("%d%d%d",&l,&r,&k);q[++cnt]=(node){0,l,r,k,++cntans,1};
	vector<Num> a1, a2;
	vector<Query> q1, q2;
	for ( unsigned i = 0; i < a.size( ); i++ )
		if ( a[i].x <= m )
			a1.push_back( a[i] ), add( a[i].p, 1 );
		else
			a2.push_back( a[i] );
	for ( unsigned i = 0; i < q.size( ); i++ )
	{
		int t = query( q[i].r ) - query( q[i].l - 1 );
		if ( q[i].k <= t )
			q1.push_back( q[i] );
		else
			q[i].k -= t, q2.push_back( q[i] );
	}
			else{
				scanf("%d%d",&pos,&x);q[++cnt]=(node){a[pos],0,0,-1,pos,0};q[++cnt]=(node){a[pos]=x,0,0,1,pos,0};
	clear( );
	solve( l, m, a1, q1 ), solve( m + 1, r, a2, q2 );
	return;
}
```

### 带修区间第k小:整体二分的完整运用

> **题4** [Dynamic Rankings](http://acm.zju.edu.cn/onlinejudge/showProblem.do?problemCode=2112)
> 给定一个数列,要支持单点修改,区间查第 $k$ 小。

修改操作可以直接理解为从原数列中删去一个数再添加一个数,为方便起见,将询问和修改统称为“操作”。因后面的操作会依附于之前的操作,不能如题3一样将统计和处理询问分开,故可将所有操作存于一个数组,用标识区分类型,依次处理每个操作。为便于处理树状数组,修改操作可分拆为擦除操作和插入操作。

**优化**

1. 注意到每次对于操作进行分类时,只会更改操作顺序,故可直接在原数组上操作。具体实现,在二分时将记录操作的 $q, a$ 数组换为一个大的全局数组,二分时记录信息变为 $L, R$,即当前处理的操作是全局数组上的哪个区间。利用临时数组记录当前的分类情况,进一步递归前将临时数组信息写回原数组。
2. 树状数组每次清空会导致时间复杂度爆炸,可采用每次使用树状数组时记录当前修改位置(这已由1中提到的临时数组实现),本次操作结束后在原位置加 $-1$ 的方法快速清零。
3. 一开始对于数列的初始化操作可简化为插入操作。

关键部分参考代码
```cpp
struct Opt
{
	int x, y, k, type, id;
	// 对于询问, type = 1, x, y 表示区间左右边界, k 表示询问第 k 小
	// 对于修改, type = 0, x 表示修改位置, y 表示修改后的值,
	// k 表示当前操作是插入(1)还是擦除(-1), 更新树状数组时使用.
	// id 记录每个操作原先的编号, 因二分过程中操作顺序会被打散
};
Opt q[N], q1[N], q2[N];
// q 为所有操作,
// 二分过程中, 分到左边的操作存到 q1 中, 分到右边的操作存到 q2 中.
int ans[N];
void add( int p, int x );
int query( int p ); // 树状数组函数, 含义见题3
void solve( int l, int r, int L, int R )
// 当前的值域范围为 [l,r], 处理的操作的区间为 [L,R]
{
	if ( l > r || L > R )
		return;
	int cnt1 = 0, cnt2 = 0, m = ( l + r ) / 2;
	// cnt1, cnt2 分别为分到左边, 分到右边的操作数
	if ( l == r )
	{
		for ( int i = L; i <= R; i++ )
			if ( q[i].type == 1 )
				ans[q[i].id] = l;
		return;
	}
		solve(-inf,inf,1,cnt);
		for(int i=1;i<=cntans;i++)
			printf("%d\n",ans[i]);
	for ( int i = L; i <= R; i++ )
		if ( q[i].type == 1 )
		{ // 是询问: 进行分类
			int t = query( q[i].y ) - query( q[i].x - 1 );
			if ( q[i].k <= t )
				q1[++cnt1] = q[i];
			else
				q[i].k -= t, q2[++cnt2] = q[i];
		}
	int main(){
		scanf("%d",&t);
		while(t--) solve1();

		return 0;
		else
			// 是修改: 更新树状数组 & 分类
			if ( q[i].y <= m )
				add( q[i].x, q[i].k ), q1[++cnt1] = q[i];
			else
				q2[++cnt2] = q[i];
	for ( int i = 1; i <= cnt1; i++ )
		if ( q1[i].type == 0 )
			add( q1[i].pos, -q1[i].k ); // 清空树状数组
	for ( int i = 1; i <= cnt1; i++ )
		q[L + i - 1] = q1[i];
	for ( int i = 1; i <= cnt2; i++ )
		q[L + cnt1 + i - 1] = q2[i]; // 将临时数组中的元素合并回原数组
	solve( l, m, L, L + cnt1 - 1 ), solve( m + 1, r, L + cnt1, R );
	return;
}
```

### 参考习题
### 参考习题

[「国家集训队」 矩阵乘法 ](https://www.luogu.org/problemnew/show/P1527)