説明

直線 $ax + b$ の追加クエリと, ある点 $x$ での最小値クエリを効率的に処理する。

追加クエリの傾き $a$ が単調の場合に限定。

最小値クエリの $x$ が単調の時はクエリをならし $O(1)$ で処理できる。

計算量

  • 追加 $O(1)$ (ならし)
  • クエリ $O(\log N)$
  • 単調なクエリ $O(1)$ (ならし)

実装例

テンプレートの isMin に false を与えると最大値クエリを処理する。

  • empty():= 直線が空か判定する。
  • clear():= 直線を全消しする。
  • add($a$, $b$):= 直線 $ax + b$ を追加する。
  • query($x$):= $ax + b$ の最小値を求める。
  • query_monotone_inc($x$):= $x$ が単調増加する場合の $ax + b$ の最小値を求める。
  • query_monotone_dec($x$):= $x$ が単調減少する場合の $ax + b$ の最小値を求める。
template< typename T, bool isMin >
struct ConvexHullTrickAddMonotone {
#define F first
#define S second
  using P = pair< T, T >;
  deque< P > H;

  ConvexHullTrickAddMonotone() = default;

  bool empty() const { return H.empty(); }

  void clear() { H.clear(); }

  inline int sgn(T x) { return x == 0 ? 0 : (x < 0 ? -1 : 1); }

  using D = long double;

  inline bool check(const P &a, const P &b, const P &c) {
    if(b.S == a.S || c.S == b.S)
      return sgn(b.F - a.F) * sgn(c.S - b.S) >= sgn(c.F - b.F) * sgn(b.S - a.S);

    //return (b.F-a.F)*(c.S-b.S) >= (b.S-a.S)*(c.F-b.F);
    return
        D(b.F - a.F) * sgn(c.S - b.S) / D(abs(b.S - a.S)) >=
        D(c.F - b.F) * sgn(b.S - a.S) / D(abs(c.S - b.S));
  }

  void add(T a, T b) {
    if(!isMin) a *= -1, b *= -1;
    P line(a, b);
    if(empty()) {
      H.emplace_front(line);
      return;
    }
    if(H.front().F <= a) {
      if(H.front().F == a) {
        if(H.front().S <= b) return;
        H.pop_front();
      }
      while(H.size() >= 2 && check(line, H.front(), H[1])) H.pop_front();
      H.emplace_front(line);
    } else {
      assert(a <= H.back().F);
      if(H.back().F == a) {
        if(H.back().S <= b) return;
        H.pop_back();
      }
      while(H.size() >= 2 && check(H[H.size() - 2], H.back(), line)) H.pop_back();
      H.emplace_back(line);
    }
  }

  inline T get_y(const P &a, const T &x) {
    return a.F * x + a.S;
  }

  T query(T x) {
    assert(!empty());
    int l = -1, r = H.size() - 1;
    while(l + 1 < r) {
      int m = (l + r) >> 1;
      if(get_y(H[m], x) >= get_y(H[m + 1], x)) l = m;
      else r = m;
    }
    if(isMin) return get_y(H[r], x);
    return -get_y(H[r], x);
  }

  T query_monotone_inc(T x) {
    assert(!empty());
    while(H.size() >= 2 && get_y(H.front(), x) >= get_y(H[1], x)) H.pop_front();
    if(isMin) return get_y(H.front(), x);
    return -get_y(H.front(), x);
  }

  T query_monotone_dec(T x) {
    assert(!empty());
    while(H.size() >= 2 && get_y(H.back(), x) >= get_y(H[H.size() - 2], x)) H.pop_back();
    if(isMin) return get_y(H.back(), x);
    return -get_y(H.back(), x);
  }

#undef F
#undef S
};