都0202年了怎么還會考根號數據結構呢？
莫隊是一種用於處理靜態區間查詢的一類方法，其的時間復雜度為 \(O(n\sqrt m+m)\)。
當然，由於其適用面之廣，也出現了諸如帶修莫隊，在線莫隊，二次離線莫隊，樹上莫隊，二維莫隊 以及套在一起 的變形。
1.普通莫隊
首先我們要明白，莫隊究竟是怎么優化暴力的。
考慮這樣一道題：給定 \(n\) 個數字，\(m\) 次詢問區間 \([l_i,r_i]\) 出現次數最多的數的出現次數。\(n,m,a_i\leq 10^5\)
這是最經典的區間眾數，一般情況只有根號做法。莫隊就是其中一種。
考慮如何用莫隊處理這件事：
首先如果只有一次詢問，是不是很好處理：直接用一個桶記錄某個數字出現次數即可，然后更新的同時處理最大值。
那么再考慮如果保證詢問 \(\forall i<j\leq m\ ,\ l_i\leq l_j\ ,\ r_i\leq r_j\) 怎么處理？
顯然我們可以用類似於雙指針的思想，不斷加入右指針 \(pr\) 的值並向右移動直到 \(pr=r_i\)，再不斷刪除左指針 \(pl\) 的值並向右移動直到 \(pl=l_i\)。復雜度 \(O(n+m)\)。
再考慮如果保證詢問 \(\forall i,j\leq m\ ,\ \text{若}\ l_i< l_j\ \text{那么}\ r_i\leq r_j\) 怎么處理？
按左端點排個序就好了。復雜度 \(O(n\log n)\)。
但是，幾乎不會有題會有這種限制。如果單純的按左端點排序，右指針移來移去，顯然會被卡成 \(O(n^2)\)。
所以現在我們就要一個新的排序方式，這就是莫隊的精髓（沒錯，重點就在於排序）。
我們發現，假如我們按左端點為第一關鍵字，右端點為第二關鍵字，那么右指針的運動距離是 \(O(n^2)\) 的，而左指針卻只有 \(O(n)\)。
顯然這應該是可以優化的。具體來說，我們並不一定要求左指針嚴格遞增，只要它不超過 \(O(\sqrt{n})\) 就好了。
這樣我們得出了一種排序：首先先將所有點按某一數字 \(B\) 分塊，即 \(b_i=\frac i B\)。
然后對於一個區間，先按左指針的所在塊排序，再按右指針排序，即 \(b_{l_i}\) 為第一關鍵字，\(r_i\) 為第二關鍵字。
可以發現，由於最多只有 \(\frac n B\) 個塊，所以左指針移動路程為 \(O(\frac{n^2} B)\)，而右指針在每個塊中最多移動 \(O(n)\) 步，所以移動路程為 \(O(nB)\)。
所以總復雜度 \(O(\frac{n^2} B+nB)\)，顯然當 \(B=\sqrt m\) 時最小，即 \(O(n\sqrt m+m)\)。
例題太多了，洛谷題單里面較簡單的應該都是普通莫隊。
雖然它是一個根號算法，但是它常數真的很小。它還有一些優化，其中比較有用的是奇偶優化，即對於奇數的右端點從左到右排，偶數的從右到左排。
這樣由於處理完奇數后右端點在最右端，不用移回左端點重新做，所以可以減小將近一半的常數。
2.帶修莫隊
雖然普通莫隊很優秀，常數也比分塊高明了不少，但是它終究還是靜態的，如果加一個修改就沒辦法了。
所以我們就需要一個變形：帶修莫隊。
首先我們把修改操作也離線下來，看成一個時間。然后對於某個詢問，也加上時間，即 \((l,r,t)\) 表示詢問 \([l,r]\) 區間，並且在 \(t\) 時間操作后進行詢問。
然后我們把時間也看成一個指針。特別，如果加入的修改在當前區間里面，應當立刻對區間答案進行修改處理影響。
那么這樣，我們的排序就變成：先按 \(b_{l_i}\) 排序，再按 \(b_{r_i}\) 排序，再按 \(t_i\) 排序。
分析復雜度：\(O(\frac{n^3} {B^2}+\frac{n^2} B+nB)\)。取 \(B=n^{\frac 2 3}\)。得到 \(O(n^{\frac 5 3})\)。
同樣，常數還是很小。不要相信莫隊的時間復雜度。
3.回滾莫隊
按照莫隊的做法，我們需要支持一個數據結構，使之能夠快速插入/刪除一個數字。
但事實上有很多數據結構刪除會存在問題，比如並查集/線性基/求最大值。這時候普通莫隊就會出現問題。
那么，有沒有一種莫隊能夠只插入呢？有的，這就是回滾莫隊。
具體來說，對於兩個區間 \([l_1,r_1],[l_2,r_2]\)，如果 \(l_1,l_2\) 在同一個塊中，那么該塊的右端點到 \(\min(r_1,r_2)\) 這段區間是公共的。
可以發現，按照莫隊的排序，如果左指針在同一個塊中，那么右指針單調遞增。所以右指針是不會有刪除操作的。
所以我們不妨每次先記錄左指針移動前的答案和移動時的所有變化，在移動結束之后，將這部分變化和左指針歸位，即“回滾”。
特別的，對於左右端點在同一塊內的情況，暴力處理即可。如果兩次操作不同塊，直接暴力清空所有數據，然后左右指針直接移動到新塊的右端點。
可以發現，由於在同一塊內，每次左指針移動距離 \(O(\sqrt n)\)，復原一次 \(O(\sqrt n)\)，右端點一個塊中均攤 \(O(m)\)，所以總復雜度還是 \(O(n\sqrt m+m\sqrt n)\)。
4.樹上莫隊
詳見 [WC2013] 糖果公園。其實樹上莫隊應該叫樹+莫隊，因為莫隊處理的還是序列。
5.在線莫隊
這個其實和普通莫隊有一些出入了。畢竟莫隊的本質應該就是那個排序（？）。
首先，我們要處理的詢問是允許差分的，即對於 \([l,r]_x\)（\(x\) 對於區間 \([l,r]\) 的貢獻）的信息，我們可以通過 \([1,r]_x\) 和 \([1,l-1]_x\) 推出。
考慮強制在線時，我們不能得到上一次的結果。所以我們對 \(B\) 個區間分別設置一個關鍵點，然后處理所有 \([1,b_i]_x\)。對於塊與塊之間的信息，我們只需要記錄答案就行。
這樣預處理時空復雜度 \(O(Bn+\frac{n^2} B)\)。
詢問的時候我們從最近的一段塊轉移過來，時間復雜度 \(O(Bm)\)。
顯然當 \(B=\sqrt n\) 時總時間復雜度 \(O(m\sqrt n)\) 最優。
6.二次離線莫隊
一個很神仙的算法，不過不是很難理解。
當然使用的前提還是詢問可差分.
但是我們發現直接莫隊，由於插入/刪除的時間 \(T(n)\) 比較大（比如區間逆序對中采用樹狀數組是 \(T(n)=O(\log n)\)），總時間可能會退化成 \(O(T(n)n\sqrt n)\) 而難以接受。
考慮如何優化。我們可以把操作看成若干次 \(\pm\ [l,r]_x\) 操作。差分后就是若干次 \(\pm\ [1,r]_x\)。
而這個可以直接離線從左往右 \(O(nT(n)+M)\) 完成。這里 \(M\) 是莫隊移動指針的次數，即 \(M=O(m\sqrt n)\)。
這樣時間已經足夠優秀了，不過空間是 \(O(n+M)\) 即 \(O(m\sqrt n)\) 的，可能會爆炸。
考慮如何優化。因為 \([1,r]_x\) 中 \(x=l\operatorname{或}r\operatorname{或}l-1\operatorname{或}r+1\)，對於2,4種我們完全可以先預處理出來，直接計入答案。
考慮1,3種，我們移動左指針時右指針並不會移動，所以此時連續的 \(x_i\) 一定構成一個區間。我們直接存下這個區間就好了。
這樣空間復雜度 \(O(n+m)\)，時間 \(O((n+m)T(n)+m\sqrt n)\)，十分優秀。
例：【模板】莫隊二次離線
首先 \(a\operatorname{xor} b=c\Rightarrow a\operatorname{xor} c=b\)，而 \(\operatorname{popcount}(c)=k\)，所以我們可以枚舉所有 \(c\)，得到 \(b\)。
因為一次插入/刪除操作只能用比較暴力的枚舉，即一次 \(\binom {14} k\)，最壞大約有3000多次。
顯然我們無法接受 \(O(m\sqrt n\binom {14} k)\)。考慮二次離線。
顯然一個數字對區間的貢獻 \([l,r]_x=[1,r]_x-[1,l-1]_x\) 可以差分。按照上述方式就可以做到 \(O(n\binom {14} k+m\sqrt n)\) 的優秀復雜度。
細節比較多。
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<vector>
#include<algorithm>
#define ll long long
#define N 100010
#define B 14
#define M 16400
using namespace std;
int g[3500],f[M],tot;
int bl[N],a[N];
inline void ins(int x,int v){for(int i=1;i<=tot;i++) f[g[i]^x]+=v;}
struct node{
int l,r,id;
bool operator <(const node a)const{return bl[l]==bl[a.l]?r<a.r:bl[l]<bl[a.l];}
}q[N];
ll ans[N];
struct ques{
int l,r,id;//[1,x]_l~[1,x]_r
};
vector<ques>v[N];
ll res1[N],res2[N];//[1,x]_{x+1},[1,x+1]_{x}
int fl=1,fr,uid;
void addqr()
{
++fr;
if(v[fl-1].size() && v[fl-1][v[fl-1].size()-1].id==-uid) v[fl-1][v[fl-1].size()-1].r=fr;
else v[fl-1].push_back((ques){fr,fr,-uid});
}
void delqr()
{
if(v[fl-1].size() && v[fl-1][v[fl-1].size()-1].id==uid) v[fl-1][v[fl-1].size()-1].l=fr;
else v[fl-1].push_back((ques){fr,fr,uid});
--fr;
}
void addql()
{
if(v[fr].size() && v[fr][v[fr].size()-1].id==-uid) v[fr][v[fr].size()-1].r=fl;
else v[fr].push_back((ques){fl,fl,-uid});
++fl;
}
void delql()
{
--fl;
if(v[fr].size() && v[fr][v[fr].size()-1].id==uid) v[fr][v[fr].size()-1].l=fl;
else v[fr].push_back((ques){fl,fl,uid});
}
int main()
{
int n,m,k;
scanf("%d%d%d",&n,&m,&k);
for(int i=0;i<1<<B;i++)
if(__builtin_popcount(i)==k) g[++tot]=i;
for(int i=1;i<=n;i++) scanf("%d",&a[i]),bl[i]=i/344;
for(int i=1;i<=m;i++) scanf("%d%d",&q[i].l,&q[i].r),q[i].id=i;
sort(q+1,q+m+1);
for(uid=1;uid<=m;uid++)
{
while(fl<q[uid].l) addql();
while(fl>q[uid].l) delql();
while(fr<q[uid].r) addqr();
while(fr>q[uid].r) delqr();
}
for(int i=1;i<=n;i++)
{
res1[i]=f[a[i]];
ins(a[i],1);
res2[i]=f[a[i]];
for(int j=0;j<(int)v[i].size();j++)
{
for(int k=v[i][j].l;k<=v[i][j].r;k++)
{
if(v[i][j].id<0) ans[-v[i][j].id]-=f[a[k]];
else ans[v[i][j].id]+=f[a[k]];
}
}
}
fl=1,fr=0;
for(uid=1;uid<=m;uid++)
{
ans[uid]+=ans[uid-1];
while(fl<q[uid].l) ans[uid]+=res2[fl],fl++;
while(fl>q[uid].l) --fl,ans[uid]-=res2[fl];
while(fr<q[uid].r) ++fr,ans[uid]+=res1[fr];
while(fr>q[uid].r) ans[uid]-=res1[fr],fr--;
}
for(int i=1;i<=m;i++) res1[q[i].id]=ans[i];
for(int i=1;i<=m;i++) printf("%lld\n",res1[i]);
return 0;
}
7. 套一起
總結：莫隊是一個十分優秀的算法。雖然賽場上不一定會作為標程（眼淚的時代），就算出了我也不會寫。但其也不乏為一個優秀的騙分技巧。