析合树

#include <bits/stdc++.h>
#define rg register
using namespace std;
const int N = 200010;

int n, m, a[N], st1[N], st2[N], tp1, tp2, rt;
int L[N], R[N], M[N], id[N], cnt, typ[N], bin[20], st[N], tp;

// 本篇代码原题应为 CERC2017 Intrinsic Interval
// a 数组即为原题中对应的排列
// st1 和 st2 分别两个单调栈，tp1、tp2 为对应的栈顶，rt 为析合树的根
// L、R 数组表示该析合树节点的左右端点，M 数组的作用在析合树构造时有提到
// id 存储的是排列中某一位置对应的节点编号，typ 用于标记析点还是合点
// st 为存储析合树节点编号的栈，tp为其栈顶
struct RMQ {  // 预处理 RMQ（Max & Min）
  int lg[N], mn[N][17], mx[N][17];

  void chkmn(int& x, int y) {
    if (x > y) x = y;
  }

  void chkmx(int& x, int y) {
    if (x < y) x = y;
  }

  void build() {
    for (int i = bin[0] = 1; i < 20; ++i) bin[i] = bin[i - 1] << 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) lg[i] = lg[i >> 1] + 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) mn[i][0] = mx[i][0] = a[i];
    for (int i = 1; i < 17; ++i)
      for (int j = 1; j + bin[i] - 1 <= n; ++j)
        mn[j][i] = min(mn[j][i - 1], mn[j + bin[i - 1]][i - 1]),
        mx[j][i] = max(mx[j][i - 1], mx[j + bin[i - 1]][i - 1]);
  }

  int ask_mn(int l, int r) {
    int t = lg[r - l + 1];
    return min(mn[l][t], mn[r - bin[t] + 1][t]);
  }

  int ask_mx(int l, int r) {
    int t = lg[r - l + 1];
    return max(mx[l][t], mx[r - bin[t] + 1][t]);
  }
} D;

// 维护 L_i

struct SEG {  // 线段树
#define ls (k << 1)
#define rs (k << 1 | 1)
  int mn[N << 1], ly[N << 1];  // 区间加；区间最小值

  void pushup(int k) { mn[k] = min(mn[ls], mn[rs]); }

  void mfy(int k, int v) { mn[k] += v, ly[k] += v; }

  void pushdown(int k) {
    if (ly[k]) mfy(ls, ly[k]), mfy(rs, ly[k]), ly[k] = 0;
  }

  void update(int k, int l, int r, int x, int y, int v) {
    if (l == x && r == y) {
      mfy(k, v);
      return;
    }
    pushdown(k);
    int mid = (l + r) >> 1;
    if (y <= mid)
      update(ls, l, mid, x, y, v);
    else if (x > mid)
      update(rs, mid + 1, r, x, y, v);
    else
      update(ls, l, mid, x, mid, v), update(rs, mid + 1, r, mid + 1, y, v);
    pushup(k);
  }

  int query(int k, int l, int r) {  // 询问 0 的位置
    if (l == r) return l;
    pushdown(k);
    int mid = (l + r) >> 1;
    if (!mn[ls])
      return query(ls, l, mid);
    else
      return query(rs, mid + 1, r);
    // 如果不存在 0 的位置就会自动返回当前你查询的位置
  }
} T;

int o = 1, hd[N], dep[N], fa[N][18];

struct Edge {
  int v, nt;
} E[N << 1];

void add(int u, int v) {  // 树结构加边
  E[o] = (Edge){v, hd[u]};
  hd[u] = o++;
}

void dfs(int u) {
  for (int i = 1; bin[i] <= dep[u]; ++i) fa[u][i] = fa[fa[u][i - 1]][i - 1];
  for (int i = hd[u]; i; i = E[i].nt) {
    int v = E[i].v;
    dep[v] = dep[u] + 1;
    fa[v][0] = u;
    dfs(v);
  }
}

int go(int u, int d) {
  for (int i = 0; i < 18 && d; ++i)
    if (bin[i] & d) d ^= bin[i], u = fa[u][i];
  return u;
}

int lca(int u, int v) {
  if (dep[u] < dep[v]) swap(u, v);
  u = go(u, dep[u] - dep[v]);
  if (u == v) return u;
  for (int i = 17; ~i; --i)
    if (fa[u][i] != fa[v][i]) u = fa[u][i], v = fa[v][i];
  return fa[u][0];
}

// 判断当前区间是否为连续段
bool judge(int l, int r) { return D.ask_mx(l, r) - D.ask_mn(l, r) == r - l; }

// 建树
void build() {
  for (int i = 1; i <= n; ++i) {
    // 单调栈
    // 在区间 [st1[tp1-1]+1,st1[tp1]] 的最小值就是 a[st1[tp1]]
    // 现在把它出栈，意味着要把多减掉的 Min 加回来。
    // 线段树的叶结点位置 j 维护的是从 j 到当前的 i 的
    // Max{j,i}-Min{j,i}-(i-j)
    // 区间加只是一个 Tag。
    // 维护单调栈的目的是辅助线段树从 i-1 更新到 i。
    // 更新到 i 后，只需要查询全局最小值即可知道是否有解

    while (tp1 && a[i] <= a[st1[tp1]])  // 单调递增的栈，维护 Min
      T.update(1, 1, n, st1[tp1 - 1] + 1, st1[tp1], a[st1[tp1]]), tp1--;
    while (tp2 && a[i] >= a[st2[tp2]])
      T.update(1, 1, n, st2[tp2 - 1] + 1, st2[tp2], -a[st2[tp2]]), tp2--;

    T.update(1, 1, n, st1[tp1] + 1, i, -a[i]);
    st1[++tp1] = i;
    T.update(1, 1, n, st2[tp2] + 1, i, a[i]);
    st2[++tp2] = i;

    id[i] = ++cnt;
    L[cnt] = R[cnt] = i;  // 这里的 L,R 是指节点所对应区间的左右端点
    int le = T.query(1, 1, n), now = cnt;
    while (tp && L[st[tp]] >= le) {
      if (typ[st[tp]] && judge(M[st[tp]], i)) {
        // 判断是否能成为儿子，如果能就做
        R[st[tp]] = i, M[st[tp]] = L[now], add(st[tp], now), now = st[tp--];
      } else if (judge(L[st[tp]], i)) {
        typ[++cnt] = 1;  // 合点一定是被这样建出来的
        L[cnt] = L[st[tp]], R[cnt] = i, M[cnt] = L[now];
        // 这里M数组是记录节点最右面的儿子的左端点，用于上方能否成为儿子的判断
        add(cnt, st[tp--]), add(cnt, now);
        now = cnt;
      } else {
        add(++cnt, now);  // 新建一个结点，把 now 添加为儿子
        // 如果从当前结点开始不能构成连续段，就合并。
        // 直到找到一个结点能构成连续段。而且我们一定能找到这样
        // 一个结点。
        do add(cnt, st[tp--]);
        while (tp && !judge(L[st[tp]], i));
        L[cnt] = L[st[tp]], R[cnt] = i, add(cnt, st[tp--]);
        now = cnt;
      }
    }
    st[++tp] = now;  // 增量结束，把当前点压栈

    T.update(1, 1, n, 1, i, -1);  // 因为区间右端点向后移动一格，因此整体 -1
  }

  rt = st[1];  // 栈中最后剩下的点是根结点
}

void query(int l, int r) {
  int x = id[l], y = id[r];
  int z = lca(x, y);
  if (typ[z] & 1)
    l = L[go(x, dep[x] - dep[z] - 1)], r = R[go(y, dep[y] - dep[z] - 1)];
  // 合点这里特判的原因是因为这个合点不一定是最小的包含l，r的连续段.
  // 因为合点所代表的区间的子区间也都是连续段，而我们只需要其中的一段就够了。
  else
    l = L[z], r = R[z];
  printf("%d %d\n", l, r);
}  // 分 lca 为析或和，这里把叶子看成析的

int main() {
  scanf("%d", &n);
  for (int i = 1; i <= n; ++i) scanf("%d", &a[i]);
  D.build();
  build();
  dfs(rt);
  scanf("%d", &m);
  for (int i = 1; i <= m; ++i) {
    int x, y;
    scanf("%d%d", &x, &y);
    query(x, y);
  }
  return 0;
}

// 20190612
// 析合树