翻译：对于M个查询，反转给定字符串的范围

《翻译：对于M个查询，反转给定字符串的范围》

在计算机科学中，字符串操作是基础且重要的技能之一。尤其在处理用户输入、文本解析或数据清洗时，字符串的灵活操作能显著提升程序效率。本文将聚焦一个特定问题：给定一个字符串和M个查询，每个查询指定字符串的起始和结束索引，要求反转这些索引范围内的子串。通过C/C++实现这一功能，我们将深入探讨字符串处理、指针操作以及算法优化的核心技巧。

一、问题定义与输入输出

假设输入为一个长度为N的字符串和M个查询，每个查询包含两个整数L和R（0 ≤ L ≤ R

输入格式通常为：

N M
字符串
L1 R1
L2 R2
...
LM RM

输出格式为：

处理后的字符串

二、基础实现：逐个查询反转

最直观的方法是针对每个查询，直接反转指定范围的子串。C++中可通过双指针法实现子串反转：

#include 
#include 
using namespace std;

void reverseRange(string &s, int l, int r) {
    while (l > N >> M;
    string s;
    cin >> s;
    
    for (int i = 0; i > l >> r;
        reverseRange(s, l, r);
    }
    
    cout 

此方法时间复杂度为O(M*K)，其中K为每次查询的平均反转长度。若M或K较大（如1e5），该方案可能超时。

三、优化思路：差分数组与延迟反转

直接反转的效率问题源于重复操作。例如，若多个查询覆盖同一区域，多次反转会相互抵消。优化方向是记录每个字符被反转的次数，最终根据奇偶性决定是否实际反转。

差分数组可高效记录区间操作。定义数组diff，其中diff[i]表示从i开始到后续位置的反转次数变化。但字符串反转需处理奇数次反转的净效果，需结合前缀和计算实际反转次数。

改进方案：

1. 初始化差分数组diff，大小为N+2。
2. 对每个查询(L,R)，执行diff[L]++，diff[R+1]--。
3. 计算前缀和得到每个位置的实际反转次数cnt。
4. 根据cnt的奇偶性决定是否反转字符。

实现代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    int N, M;
    cin >> N >> M;
    string s;
    cin >> s;
    
    vector diff(N + 2, 0);
    for (int i = 0; i > l >> r;
        diff[l]++;
        diff[r + 1]--;
    }
    
    vector cnt(N, 0);
    int current = 0;
    for (int i = 0; i 

此方法时间复杂度为O(N+M)，适用于大规模数据。但实际字符串反转需更复杂的处理，因字符位置可能因多次反转而变化。

四、完整优化实现：标记反转区间

结合差分数组与实际反转，完整实现如下：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void applyReverses(string &s, const vector &cnt) {
    int n = s.size();
    vector toReverse(n, false);
    for (int i = 0; i  temp(n);
    for (int i = 0; i > &queries) {
    int N = s.size();
    vector diff(N + 2, 0);
    for (auto &q : queries) {
        int l = q.first, r = q.second;
        diff[l]++;
        diff[r + 1]--;
    }
    
    vector cnt(N, 0);
    int current = 0;
    for (int i = 0; i  res(N);
    for (int i = 0; i  posMap(N);
    for (int i = 0; i > queries) {
    int N = s.size();
    vector diff(N + 2, 0);
    for (auto &q : queries) {
        int l = q.first, r = q.second;
        diff[l]++;
        diff[r + 1]--;
    }
    
    vector cnt(N, 0);
    int current = 0;
    for (int i = 0; i  res(N);
    for (int i = 0; i  pos(N);
    for (int i = 0; i > N >> M;
    string s;
    cin >> s;
    
    vector> queries(M);
    for (int i = 0; i > queries[i].first >> queries[i].second;
    }
    
    string res = efficientReverse(s, queries);
    cout 

完整正确实现需结合差分数组与位置映射，以下为精简版：

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

string reverseStringWithQueries(string s, vector> queries) {
    int N = s.size();
    vector pos(N);
    for (int i = 0; i > N >> M;
    string s;
    cin >> s;
    
    vector> queries(M);
    for (int i = 0; i > queries[i].first >> queries[i].second;
    }
    
    cout 

此方案时间复杂度为O(N+M)，适用于大规模数据。

五、测试与边界条件

测试用例需覆盖以下场景：

• 空字符串或单个字符。
• 查询范围超出字符串长度（需处理或假设输入合法）。
• 重叠查询区间（如(1,3)和(2,4)）。
• 完全覆盖的查询（如(0,N-1)）。
• 大量查询（如M=1e5）。

示例测试：

输入：
6 2
abcdef
1 3
0 5
输出：
fedcba

六、总结与扩展

本文通过逐步优化，从基础的双指针反转到高效的差分数组与位置映射，解决了多查询字符串反转问题。关键点在于：

1. 理解字符串反转的直接实现与局限性。
2. 利用差分数组记录区间操作，减少重复计算。
3. 构建位置映射数组，高效应用所有查询。

扩展方向包括：支持动态插入/删除字符后的查询、处理多维字符串或并行化查询处理。

关键词：字符串反转、多查询处理、C++实现、差分数组、双指针法、位置映射、算法优化

简介：本文探讨如何高效处理M个查询对字符串指定范围的反转操作，通过C++实现基础方法与优化算法，结合差分数组与位置映射技术，解决大规模数据下的性能问题。